CC BY
54
дггг^ г: ïïmnrwrvfi /лщ
-4 (68), 2012 / IUI
It is shown that decrease of plasticity of high-strength wire at big total cobbings is connected with reduction of mobility of dislocations in the substructure formed at loss of perlite lamellar structure.
В. П. ФЕТИСОВ, БМЗ (1993-1999 гг.)
УДК 669.74
структурные аспекты снижения пластичности
высокопрочной проволоки
при Больших суммарных обжатиях
Высокий уровень прочности латунированной проволоки для металлокорда достигается при многократном волочении с большими суммарными обжатиями патентированной высокочистой перлитной стали. Однако потеря пластичности металла в процессе деформации ограничивает предельно допустимые суммарные обжатия, дальнейший рост прочности и промышленную реализацию полученного высокопрочного состояния. Поэтому знание физической природы перехода холодноде-формированной стали от пластического к хрупкому состоянию позволит целенаправленно планировать исследования на сталеплавильном, прокатном и сталепроволочном переделах по разработке комплекса мер, направленных на сохранение запаса пластичности высокопрочной проволоки.
Начальная стадия пластической деформации перлитной стали (после первой протяжки) приводит к сильному увеличению плотности дислокаций в ферритной матрице. Дислокационная структура состоит преимущественно из плотных клубков, которые при дальнейшей деформации формируются в стенки ячеистой структуры [1]. Наличие цементита в перлитной стали способствует образованию более тонкой субструктуры феррита в процессе пластической деформации [2]. Уменьшение подвижности дислокаций приводит к интенсивному упрочнению проволоки, которое контролируется механизмом пересечения дислокаций.
После образования ячеистой структуры в феррите дальнейшая деформация приводит к уменьшению расстояния между субструктурными барьерами (границами ячеек). Поперечный размер ячеек, который совпадает с межпластиночным расстоянием в перлите, уменьшается при волочении пропорционально диаметру проволоки. После 50% деформации (логарифм вытяжки = 0,69)
перлитные колонии начинают ориентироваться вдоль оси волочения. Такая ориентация усиливается с ростом суммарного обжатия. При этом це-ментитные пластины утончаются в поперечном сечении и удлиняются в продольном, наблюдается деформация цементитных пластин скольжением [1], а также двойникованием [3]. В неблагоприятно ориентированных колониях происходит изгиб и дробление цементитных пластин и у их обломков наблюдаются образования дислокационных клубков, которые при дальнейшем волочении превращаются в вытянутые стенки ячеек, содержащие наряду с дислокациями измельченные частички цементита. При суммарном обжатии 80-82% (1пц = 1,7) в основном заканчивается ориентация цементит-ных пластин вдоль оси волочения [3-5]. Электронно-микроскопическими исследованиями [1] обнаружены наличие дислокационных скоплений у границ раздела феррит-цементит и относительно малая плотность дислокаций в ферритных промежутках, что является характерной особенностью образовавшейся ячеистой структуры, имеющей преимущественную концентрацию дислокаций в стенках ячеек и практически свободное от дислокаций пространство внутри ячеек. Деформационное упрочнение на этой стадии связано в основном с уменьшением длины свободного пробега дислокаций в диспергированной структуре.
С ростом суммарного обжатия все более важную роль приобретает состояние цементита в перлитной стали. Если в патентированной структуре пластины FeзС являются монокристаллами, то после суммарного обжатия в 80% они, хотя еще и непрерывные, но состоят из множества дезориентированных субкристаллов [3]. На цементитных пластинах, ориентированных в исходном состоянии вдоль оси проволоки, появляются характерные
I 4 (68), 2012-
следы сильной пластической деформации в виде вытяжек и утолщений [1], а также наблюдаются разрывы пластин цементита [6]. Прерывистости цементитных пластин способствуют также процессы распада цементита при пластической деформации [7], связанные с ускоренным пластической деформацией переносом атомов углерода из цементита к дислокациям, концентрирующимся на межфазной поверхности [8].
Заключительная стадия деформационных и диффузионных преобразований в карбидной фазе -потеря пластинчатого строения перлита с ростом суммарного обжатия. Нарушение пластинчатого строения ускоряется и наступает при меньшем суммарном обжатии в перлитных колониях с первоначальной ориентацией пластин цементита, не совпадающей с осью проволоки. Образовавшаяся в участках холоднодеформированной стали с нарушенным пластинчатым строением перлита субструктура со смешанными дислокационно-карбидными границами и с повышенной плотностью дислокаций внутри ячеек в феррите [2] оказывает более сильное сопротивление движению дислокаций. Кроме того, усиливается блокировка дислокаций атомами углерода при распаде цементита, интенсивность которого возрастает с повышенным температурным воздействием при росте скорости деформации на последних переходах в маршруте волочения.
Повышение в процессе волочения степени закрепления дислокаций атомами углерода, выделяющегося при распаде цементита в твердый раствор и на межфазных границах, подтверждается следующими экспериментальными данными, приведенными в таблице. В отличие от традиционного представления о влиянии степени предварительной деформации на эффект статического деформационного старения [9] наблюдается не прирост прочности, а его уменьшение с переходом на разупрочнение проволоки (см. таблицу), что свидетельствует об усилении степени закрепления дислокаций при деформации с повышенными суммарными обжатиями. При этом применение на последнем переходе в маршруте волочения пониженного единичного обжатия (9,5% для проволоки диаметром 0,30 мм против 15-16% на остальных переходах) приводит за счет увеличения доли сжимающих напряжений в схеме деформации к наведению в дополнительных плоскостях скольжения
незакрепленных дислокаций, что сопровождается снижением эффекта разупрочнения проволоки при последующем статическом деформационном старении. Поэтому можно считать, что при суммарных обжатиях 1пц, = 3,32 и 3,55 деформационное упрочнение обусловлено не только субструктурным упрочнением и механизмом пересечения дислокаций [10], но и упругим взаимодействием дислокаций с атомами углерода, выделяющегося при распаде цементита.
Суммарным эффектом нарушения пластинчатого строения перлита (формирование субструктуры со смешанными дислокационно-карбидными границами и с повышенной плотностью дислокаций внутри ячеек в феррите) и усиления распада цементита с ростом суммарного обжатия (дополнительная блокировка дислокаций атомами углерода) является резкое снижение (см. таблицу) числа переменных скручиваний, обладающих повышенной чувствительностью к степени закрепления дислокаций, наведенных при пластической деформации [11], и являющихся надежным критерием безобрывной свивки латунированной проволоки на канатных машинах двойного кручения.
Влияние суммарной степени деформации и отпуска при 250 °С, 1 ч на свойства латунированной проволоки из особо чистой стали 80
Диаметр проволоки по переходам в маршруте волочения, мм Истинная суммарная степень деформации inm (бсум. %) Временное сопротивление разрыву ав, Н/мм2 Прирост ав при волочении, Н/мм2 Число переменных скручиваний Изменение ств при отпуске, Н/мм2
0,564 2,29 (89,8) 2204 - 114 +43
0,438 2,79 (93,9) 2520 316 109 +12
0,336 3,32 (96,4) 3056 536 52 -92
0,300 3,55 (97,1) 3181 125 52 -64
Таким образом, снижение пластичности высокопрочной проволоки при больших суммарных обжатиях связано с уменьшением подвижности дислокаций в субструктуре, образовавшейся при потере пластинчатого строения перлита, и с дополнительной блокировкой дислокаций атомами углерода, выделяющегося при распаде цементита.
Технологические приемы, обеспечивающие увеличение плотности подвижных, незакрепленных дислокаций и повышение пластичности высоко-, сверхвысоко- и ультравысокопрочной латунированной проволоки для металлокорда и рукавов высокого давления, рассмотрены в работах [12, 13].
Литература
1. E m b u г y J., F i s h e r R. The structure and properties of drawn pearlite // Acta Met. 1966. Vol. 14, № 2. Р. 147-149.
2. К а р д о н с к и й В. М., К у р д ю м о в Г. В., П е р к а с М. Д. Тонкая структура холоднодеформированной высокоуглеродистой стали // ФММ. 1963. Т.15. Вып.2. С. 244-253.
_/тггтг ^ г: г,г^гггг7ггггг/ЩО
-4 (68), 2012/ IU0
3. S m i t h B., S p e i r s D. New testing methods help advance strength of rope wire. // Vol. 4. № 6. Р.41-50. Деп. в ВИНИТИ // Прокатка и прокатное оборудование. 1971. № 46. С. 22-39.
4. П о т е м к и н К. Д. Термическая обработка и волочение высокопрочной проволоки. М.: Металлургиздат, 1963.
5. Электронно-микроскопическое исследование структурных изменений при волочении проволоки / В. Н. Гриднев, В. Г. Гаврилюк, Ю. Я. Мешков, В. В. Яремчук // Стальные канаты. 1967. Вып.4. С. 348-353.
6. З у б о в В. Я., Ч у п р а к о в а Н. В., Б а р ы ш н и к о в а Н. Н. Влияние формы цементита на изменение тонкой структуры и свойств стальной проволоки при волочении // Изв. вузов. Черная металлургия. 1971. № 6. С. 120-123.
7. Г р и д н е в В. Н., Г а в р и л ю к В. Г., М е ш к о в Ю. Я. Прочность и пластичность холоднодеформированной стали. Киев: Наукова думка, 1974.
8. Г а в р и л ю к В. Г. Распределение углерода в стали. Киев: Наукова думка, 1987.
9. Б а б и ч В. К., Г у л ь Ю. П., Д о л ж е н к о в И. Е. Деформационное старение стали. М.: Металлургия, 1972.
10. Ф е т и с о в В. П. Изменение скорости деформационного упрочнения латунированной проволоки при больших обжатиях // Сталь. 1988. № 11. С. 55-57.
11. Ф е т и с о в В. П. Деформационное старение стали при волочении проволоки. Минск: Белоргстанкинпромиздат, 1996.
12. Ф е т и с о в В. П. Деформационное упрочнение углеродистой стали. М.: Мир, 2005.
13. Ф е т и с о в В. П. Пластичность высокопрочной проволоки. М.: Интермет Инжиниринг, 2011.
