CC BY
79
Рис. 4. Схема наложения звуковых волн (1 и 2) в противофазе
В промышленных условиях можно обеспечить работу кузнечно-прессового оборудования в противофазном режиме, что приведет к активному шумогашению. Необходимо учитывать также повышение затрат на снижение шума. Так, при уменьшении уровня шума на 10 дБА затраты возрастают на 20%.
Библиографический список
1. Холодная объемная штамповка: Справочник / Под ред. Г.А. Навроцкого. - М.: Машиностроение, 1973. - 496 с.
2. Маликов А.Н. Справочник для работников кузнечно-прессовых цехов. - М.: Московский рабочий, 1976. - 168 с.
3. Фриц А.Х. Уменьшение шума при резке проката // Черные металлы. - М.: Металлургия, 1979. № 20. С. 16 - 21.
4. Тимощенко В.А., Эрлих А.И. Ротационная резка сортового проката сдвигом // Кузнечно-штамповочное производство. 1980. № 11. С. 1011.
5. Соловцов С.С. Отрезка от сортового проката точных заготовок для объемной штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. 1972. № 8. С. 18-22.
УДК
Д.А. Михоленко, М.Д. Михоленко, Ю.Ю. Ефимова, Н.В. Копцева
ГОУВПО «МГТУ»
ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И ТВЕРДОСТИ ПРИ НАГРЕВЕ УГЛЕРОДИСТОЙ КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ МАРОК 20 И 45, СТРУКТУРИРОВАННЫХ МЕТОДОМ РКУП
В настоящее время наблюдается настоящий «бум» в исследовании структуры и свойств ультрамелкозернистых (УМЗ) материалов, получен-
ных интенсивной пластической деформацией (ИПД). Интерес к ним оправдан высокими, часто необычными механическими свойствами -сочетанием высокой прочности с высокой пластичностью [1]. Наиболее эффективной схемой деформации является равноканальное угловое прессование (РКУП), основанное на деформации простым сдвигом, при постоянстве начальных и конечных сечений.
Важнейшее значение для практики имеет стабильность структуры и свойств стали при последующем нагреве.
В литературе практически отсутствуют сведения о поведении углеродистых сталей с феррито-перлитной структурой, полученной при РКУП и последующем нагреве.
В связи с этим, была поставлена задача исследования термостабильности при нагреве конструкционной стали марок 20 и 45, структурированных методом РКУП.
Методика данной работы заключалась в следующем. Пруток диаметром 20 мм и длиной 120 мм продавливался через оснастку с каналами, пересекающимися под углом 120° РКУП осуществлялось в 4 прохода с поворотом вокруг продольной оси на угол 90° при 400 °С (рис. 1).
После РКУП образцы подвергались нагреву при 200, 300, 400, 500, 600, 700 °С с выдержками 5 мин и 1 час.
Металлографический анализ осуществлялся следующим образом. Микроанализ проводился на микроскопе «ЭПИКВАНТ» с использованием системы компьютерного анализа изображений 81ЛМ8-600. Измерение микротвердости проводилось на твердомере БиеЫег М1сгоше1 при нагрузке 200 гс.
Рис. 1. Схема равноканального углового прессования
Исходная структура стали марок 20 и 45 без термической обработки и РКУП (рис. 2) состоит из феррита (светлые зерна) и перлита (темные зерна).
Рис. 2. Микроструктура в центре поперечного сечения прутка из стали марок 20 (а) и 45 (б) в исходном состоянии, х 500
На рис. 3 представлена структура стали марок 20 и 45 после РКУП. При увеличениях 500 крат отчетливо видно, что и в стали марок 20 и в 45 практически все зерна феррита в структуре после ИПД фрагментирова-ны, что отличает их от феррита в структуре стали в исходном состоянии. В центре образцов в микроструктуре имеются отдельные не фрагменти-рованные зерна феррита, и их твердость меньше, чем у фрагментирован-ных.
в г
Рис. 3. Микроструктура в центре поперечного сечения прутка из стали марок 20 (в) и 45 (г) и на поверхности в стали марок 20 (а) и 45 (б), х 500
Как показывают исследования последних лет, деформация при РКУП является результатом совместного действия деформации сдвигом, растяжением и сжатием. Это и объясняет сложный характер течения материала при данном способе ИПД, что приводит к интенсивному измельчению зерен феррита, особенно в поверхностных слоях.
Микроструктура стали марки 20 после нагрева образцов прутка по сечению (рис. 4) во всех случаях оказалась достаточно однородной.
При температуре ниже 400 °С сохраняется мелкозернистое строение и феррит остается фрагментированным. При нагреве до 400 °С и выдержке 1 час или 500 °С и 5 мин, фрагментация постепенно исчезает и наблюдается укрупнение зерен феррита в пределах бывших исходных зерен. При нагреве до 400-500 °С в микроструктуре появляются рекристаллизо-ванные зерна феррита. По мере дальнейшего увеличения температуры количество рекристаллизованных зерен увеличивается и при температуре 600 °С структура состоит только из рекристаллизованных зерен.
в г
Рис. 4. Строение стали марки 20 после нагрева при температуре 200 °С (а, в) и 400 °С (б, г) с выдержкой 5 мин (а, б) и 1 час (в, г),
х 500
Анализ показал, что микроструктура по сечению образцов из стали марки 45 после нагрева (рис. 5) и процессы, происходящие в ней, аналогичны микроструктуре и процессам в стали марки 20.
При температуре 700 °С получилось мелкое перекристаллизованное зерно. Очевидно, что это произошло из-за того, что температура в печи оказалась близка к температуре перекристаллизации.
Рис. 5. Строение стали марки 45 после нагрева при температуре 200 оС (а, в) и 500 оС (б, г) с выдержкой 5 мин (а, б) и 1 час (в, г),
х 500
Результаты исследования микротвердости стали марок 20 и 45 приведены на графиках (рис. 6). Каждая точка является средним значением 6-10 замеров, сделанных по двум взаимно перпендикулярным направлениям. Графики свидетельствуют, что нагрев до температуры 200 °С приводит к незначительному увеличению твердости особенно при больших выдержках. Как показывают ранние исследования, это происходит вследствие выделения углерода, растворившегося в процессе РКУП. В стали марки 45 этот эффект не наблюдается. Твердость на поверхности и в центре совпадает при всех режимах нагрева. Нагрев до 400 °С в течение 1 часа или до 500 °С в течение 5 мин приводит к снижению твердости.
Сопоставление твердости после нагрева деформируемой УМЗ стали марок 20 и 45 (рис. 7) показал, что разупрочнение приходится на 400 °С при больших выдержках и 500 °С при малых выдержках.
В заключение можно отметить, что структура стали марок 20 и 45, сформированная после обработки методом РКУП в 4 прохода, сохраняет фрагментированное строение феррита и твердость при нагреве до 400500 °С. При дальнейшем повышении температуры нагрева происходит снижение твердости вследствие процесса рекристаллизации и роста зерна феррита.
в г
Рис. 6. Изменение микротвердости в зависимости от температуры нагрева стали марок 20 (а, в) и 45 (б, г) и времени выдержки 5 мин (а, б) и 1 час (в, г)
б
а
Рис. 7. Сопоставление микротвердости при нагреве стали марок 20 и 45 при выдержке 5 мин (а) и 1 час (б)
Работа выполнена в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)», проект «Создание научных основ эволюции структуры и свойств наноструктурных конструкционных сталей в процессах обработки давлением», регистр. номер 2.1./2014. ), а также федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг., реализация мероприятия № 1.2.2 «Проведение
научных исследований научными группами под руководством кандидатов наук», проект «Развитие методов деформационного наноструктуриро-вания для получения конструкционной стальной проволоки с уникальным комплексом механических свойств» (государственный контракт П983)
Библиографический список
1. Валиев Р.З., Александров И.В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. М.: Логос, 2000. 272 с.
УДК
О.А. Никитенко, Н.В. Копцева, Ю. Ю. Ефимова
ГОУВПО «МГТУ»
КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ МИКРОСТРУКТУРЫ УГЛЕРОДИСТЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ МАРОК 20 И 45, НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МЕТОДОМ РАВНОКАНАЛЬНОГО УГЛОВОГО ПРЕССОВАНИЯ
На сегодняшний день большой интерес представляют ультрамелкозернистые материалы, полученные методами интенсивной пластической деформацией (ИПД), в частности, равноканальным угловым прессованием (РКУП) [1]. Особенно важно знать количественные параметры структурных элементов. Между тем эта задача представляет большие трудности, что связано с малым размером исследуемых объектов и, как следствие, необходимостью получения и анализа растровых электронно -микроскопических (РЭМ) изображений, отличающихся чрезвычайно большим диапазоном изменения яркости и контрастности. Однако столь высококачественные изображения не всегда являются хорошей основой для количественного анализа микроструктуры в связи с отсутствием четких границ зерен, наличием затененных участков. Кроме того, при анализе возникают трудности, связанные с неоднородностью исследуемых структур (присутствием помимо феррита второй структурной составляющей - перлита). Помимо этого, для получения достоверной количественной информации о микроструктуре таких объектов необходим полный охват всей площади поверхности исследуемого образца, однако съемка всей поверхности исследуемого объекта представляет собой длительную и трудоемкую операцию.
Очень мощным инструментом в этом отношении выступает программа Thixomet PRO, которая позволяет повысить качество обрабатываемых изображений, провести склеивание смежных полей зрения (изго-
