Особенности структуры и механических свойств малоуглеродистой стали, обработанной в камере Бриджмена деформацией кручения в различных направлениях Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 539.374

ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАЛОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ, ОБРАБОТАННОЙ В КАМЕРЕ БРИДЖМЕНА ДЕФОРМАЦИЕЙ КРУЧЕНИЯ В РАЗЛИЧНЫХ НАПРАВЛЕНИЯХ

© А.М. Глезер, А.А. Томчук, А.О. Черетаева

Ключевые слова: деформация; микротвердость; зерно; фрагмент.

Исследовано распределение зерен по размерам и микротвердость стали 08кп, подвергнутой различным режимам деформации в камере Бриджмена.

Деформация кручением под давлением представляет собой вид обработки, при котором металлические образцы подвергаются сдвиговой деформации путем вращения одной поверхности тонкого образца относительно другой с одновременно приложенным высоким квазигидростатическим давлением. Процесс мегапла-стической деформации осуществляется между двух твердосплавных бойков (наковален), вращающихся относительно друг друга в камере Бриджмена [1].

Особенностью мегапластической деформации металлов и сплавов является образование фрагментированной структуры с субмикронным размером фрагментов и зерен [1, 2], а также одновременное протекание рекристаллиза-ционных процессов при комнатных температурах [3].

Представляет большой интерес вопрос о том, одинаковы или различны структура и свойства образцов продеформированных по схемам, представленным на рис. 1 [1]. Вариант а представляет собой непрерывную деформацию на 2 оборота. В случае б образец подвергается деформации в одном направлении на 1 оборот, а затем такой же деформации, но в обратную сторону. Варианты в и г аналогичны, но в них больше число смен направлений вращения нижнего бойка. В вариантах д и е направление вращения не меняется, но в процессе деформирования материала производятся промежуточные остановки деформации в течение приблизительно 20 мин. В данной статье приводятся экспериментальные результаты измерения микротвердости образцов отожженной стали 08кп и размеров фрагментов ее структуры для данных вариантов деформации. Суммарная деформация во всех случаях была одинакова и составляла 2 оборота.

Образцы стали изначально представляли собой пластинки 10x10 мм и толщиной 200 ± 15 мкм, которые помещались между двумя плоскостями бойков диаметром 8 мм.

Исследования микроструктуры проводились с помощью просвечивающего электронного микроскопа JEM-200CX при ускоряющем напряжении 160 кВ в режиме темного поля. Структура исследовалась в областях образца на расстоянии г = 2 + 0,5 мм от его центра.

Измерения микротвердости выполнялись на микротвердомере LECO M-400A, вдоль радиуса образца в пределах г = 0...3,75 мм, при нагрузке 50 г и времени нагружения 5 с.

Рис. 1. Варианты деформации: а - непрерывная; б, в, г - деформация «вперед назад», с разным числом смен направлений вращения; д, е - «вперед вперед», с разным числом непрерывных циклов деформации в одну сторону; 1 - подвижный боек; 2 - образец; 3 - неподвижный боек; N - число оборотов за один непрерывный цикл деформации

На рис. 2 представлены гистограммы распределения размеров зерен и фрагментов для каждого варианта деформации, полученные на основе данных просвечивающей электронной микроскопии. В качестве характерного размера по аналогии с работой [4] была выбрана величина:

1946

D = 4s ,

(1)

где 5 - площадь изображения зерна или фрагмента.

Особенностью этих распределений являются несколько заниженные значения средних размеров фрагментов.

размеры различаются, имея характерный минимум на графиках, соответствующий N = 1.

Зависимость микротвердости образцов от расстояния до их центра представлена на рис. 5. Видно, что с уменьшением N значение микротвердости снижается и снижается разность значений микротвердости в центре и на периферии исследованных образцов.

Рис. 4. Средний размер фрагментов и зерен для каждого максимума: а - деформация «вперед назад»; б - «вперед вперед»

Рис. 2. Гистограммы распределения размеров зерен и фрагментов для различных вариантов деформации: а - непрерывная; б, в, г - деформация «вперед назад», с разным числом смен направлений вращения; д, е - «вперед вперед», с разным числом непрерывных циклов деформации в одну сторону.

Анализ распределений на рис. 2 показывает наличие двух максимумов (бимодальное распределение), положение и высота которых изменяется в зависимости от вида деформации. При больших значениях N наблюдаются два четких максимума (максимумы 1 и 2 на рис. 2а). Исходя из анализа электронно-микроскопических изображений предполагается, что первый максимум соответствует фрагментам, образовавшимся в процессе деформации, а второй - рекристаллизован-ным зернам. Разбиение каждого распределения на два гауссовых распределения с расчетом площадей под их графиками дает значения долей зерен и фрагментов для каждого случая. Эти значения представлены на рис. 3. На рис. 4 показаны зависимости средних размеров зерен, соответствующих каждому из максимумов, от значения N.

Рис. 3. Соотношение количества рекристаллизованных зерен Єї и фрагментов С2: а - деформация «вперед назад»; б - «вперед вперед»

Из рис. 3, 4 видно, что большим значениям N соответствуют почти одинаковые доли рекристаллизован-ных зерен и фрагментов, в то время как их средние

Рис. 5. Микротвердость образцов: а - деформация «вперед назад»; б - «вперед вперед»; г - расстояние до центра

ЛИТЕРАТУРА

Zhilyaev A.P., Langdon T.G. Using high-pressure torsion for metal processing: Fundamentals and applications // Progress in Materials Science. 2008. V. 53. Р. 893-979.

Рыбин В.В. Большие пластические деформации и разрушение металлов. М.: Металлургия, 1986. 224 с.

Поздняков В.А., Глезер АМ. Возможные пути эволюции дефектной структуры в процессе больших пластических деформаций: роль релаксационных механизмов // Изв. РАН. Сер. физич. 2004. Т. 68. № 10. С. 1449-1455.

Быков В.М., Лихачев В.А., Никонов Ю.А., Сербина Л.Л., Шибало-ва Л.И. Фрагментирование и динамическая рекристаллизиция в меди при больших и очень больших пластических деформациях // Физика металлов и металловедение. 1978. Т. 45. Вып. 1. С. 163169.

Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.

Glezer A.M., Tomchuk A.A., Cheretayeva S.A. STRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF CARBON STEEL, PROCESSED IN CAMERA BRIDGMAN TORSION STRAIN IN DIFFERENT DIRECTIONS

Distribution of grains on the sizes, and also microhardness, thin samples in the form of the disk subjected to various modes of deformation in Bridgman chamber is investigated.

Key words: deformation; microhardness; grains; fragments.

1947