CC BY
140
УДК 539.3, 620.22, 620, 23
ТЕХНОЛОГИЯ ЭЛЕКТРОПЛАСТИЧЕСКОЙ ПРОКАТКИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
И НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ
© О.А. Троицкий, В.И. Сташенко
Ключевые слова: прокатка; импульсный ток высокой плотности; отжиг; пластичность; эффективность.
Опытным путем установлено, что технология прокатки металлов при действии импульсного тока высокой плотности в очаге деформации наиболее эффективна.
При холодной обработке металлов давлением (ОМД) повышается сопротивление металла деформированию, и возникают нежелательные структурнофазовые превращения. Поэтому практически после каждого перехода на заготовках из нержавеющей стали и титановых сплавов проводят дорогостоящие, энергоемкие операции промежуточных отжигов. Помимо энергетических затрат при этом имеют место значительные потери времени в производственном процессе. Указанные недостатки можно устранять или уменьшать их действие, применяя технологию электропла-стической прокатки (ЭПП). При этом наиболее эффективно использование импульсного тока, которому при больших амплитудных значениях плотности тока Зт = 103-104 А/мм2 и длительности импульсов тока порядка 10-4 с свойственно пластифицирующее действие на металл в очаге деформации (ОД) с передачей импульсов силы и энергии. Кроме того, возникают вибрации заготовки, соответствующие частоте следования импульсов тока (от 500 до 1000 Гц и выше). За счет пинч-эффекта - пондеромоторного действия импульсного тока и других механизмов электропластиче-ского эффекта снижается сопротивление металла деформированию на 30-35 % [1, 2]. Сопутствующий нагрев импульсным током составляет 100-200 °С [2].
Способ подведения тока к заготовке передним контактом и через валки (рис. 1 а) при условии минимизации участка заготовки полностью исключает возможность перегрева заготовки и снимает ограничения на толщину прокатываемого с помощью ЭПП листа или полосы. Целесообразно использовать преимущественно схему подведения тока в процессе ЭПП, когда рабочие валки вообще не включаются в электрическую цепь рис. 1б. Тем не менее, схема рис. 1б гарантирует длительную работу стана по указанной технологии.
Ток целесообразно подводить скользящими или роликовыми контактами. Материалом скользящих контактов может быть износостойкий графит или специальный электропроводящий твердый сплав.
Прокатка титановых сплавов ВТ1-00, ВТ6, ВТ16 с использованием импульсного тока высокой плотности проводилась на образцах диаметром 4 мм, длиной 300 мм с изменениями амплитуды, длительности и частоты импульсного тока. Было установлено, что ЭПП повышает общую степень деформации и исключает промежуточные отжиги. Наибольший эффект на-
блюдался при: полярности тока от «+» к «-» вдоль направления прокатки (рис. 1 а) при амплитудной плотности тока от 500 до 1000 А, длительности 180-250 мкс, частоте следования импульсов порядка 600 Гц. Установленные оптимальные электрические режимы ЭПП позволили определить допустимые величины обжатия исследуемых титановых сплавов. Так, у сплава ВТ6 единичное обжатие при ЭПП достигали 57 %, тогда как без тока они составляли величину не более 15 %. Общая деформация при ЭПП достигала значений 72 %. Механические свойства сплава ВТ6 по пределу прочности и по относительному удлинению в исходном состоянии составляли 107 кГ/мм2, 5 = 7,5 %. После ЭПП были равны 118 кГ/мм2 и 7,0 % соответственно.
Рис. 1. Схемы подключения тока при электропластической прокатке: а) подключение импульсного тока к зоне деформации металла - от переднего, уп - скорость прокатки, контакта ко всей прокатной клети в целом; б) подключение импульсного тока к зоне деформации металла - от переднего к заднему контакту, исключая прокатную клеть
Установленные оптимальные электрические режимы ЭПП позволили определить допустимые величины обжатия исследуемых титановых сплавов. Так, у спла-
1711
ва ВТ6 единичное обжатие при ЭПП достигали 57 %, тогда как без тока они составляли величину не более 15 %. Общая деформация при ЭПП достигала значений 72 %. Механические свойства сплава ВТ6 по пределу прочности и по относительному удлинению в исходном состоянии составляли 107 кГ/мм2, 5 = 7,5 %. После ЭПП были равны 118 кГ/мм2 и 7,0 % соответственно.
Были проведены микроструктурные исследования образцов ВТ6 после отжига и после обычной прокатки при деформации ~20 % (2,75 мм ^ 1,5 мм) и после ЭПП при деформации ~77 % (2,75 мм ^ 0,9 мм). Микрошлифы вырезались по толщине образца в направлении прокатки. Анализ структуры показал, что в исходном состоянии наблюдается мелкозернистая структура, содержащая примерно 80 % а-фазы и 20 % Р-фазы. Частички Р-фазы размером 0,5-2 мкм в основном имеют равноосную форму, но встречаются и частицы пластинчатой формы. По сечению частицы распределены неравномерно; встречаются также области с более и менее плотным распределением частиц. Альфирован-ный слой вблизи поверхности не наблюдается.
Образцы, прокатанные без тока, по всей толщине были пронизаны трещинами, расположенными в плоскостях, находящихся под углами 35-55° к направлению прокатки. Это плоскости сосредоточенной деформации, по которым действуют максимальные касательные напряжения. Частицы Р-фазы ориентированы параллельно плоскости прокатки и в направлении прокатки. В образцах после ЭПП, несмотря на более высокую степень деформации, трещины отсутствуют. Частицы Р-фазы толщиной менее 1,5 мкм и длиной до 2 мкм распределены довольно равномерно по сечению образца. В отдельных опытах был оценен сопутствующий нагрев образцов при ЭПП. Он не превышал 200 °С.
Электропластическая прокатка листов нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т толщиной 2,08 мм осуществлялась за несколько проходов без промежуточных отжигов. Деформация (за проход) составила: 20, 50, 75 %, суммарная - 100 %. Амплитуда тока была порядка 800 А, длительность 10-4 с, частота порядка 500-600 Гц. Валы стана были электрически изолированы, и ЭПП осуществлялась по схеме рис. 1б. Струк-
турные исследования образцов стали, прошедших ЭПП при разных степенях деформаций, показали, что в стали происходит интенсивное «размывание» всех типов границ структуры и коагуляция карбидов, видимо, увеличивалась подвижность дислокаций. Происходил отпуск деформационного мартенсита. Сталь приобретала более высокую пластичность с небольшим увеличением прочности.
Таким образом, электропластическая прокатка нержавеющей стали позволяет реализовать технологию обработки металлов давлением этого материала без применения операций промежуточного отжига. Появляется возможность сочетать достаточную пластичность материала с повышением его прочности. Может быть реализована идея дисперсионного упрочнения аустенитной стали посредством частичного отпуска импульсным током мартенсита деформации и выделением мелкодисперсных, когерентно связанных с матрицей карбидов Ме3С размером от 20 до 100 ангстрем, что может обеспечить в локальных объемах сохранение пластичности в сочетании с высокой прочностью материала. При ЭПП реализуется ситуация у ^ а перехода с одновременным дисперсионным упрочнением а-фазы за счет мелких частиц карбидов Ме3С [2].
ЛИТЕРАТУРА
1. Троицкий О.А. Электромеханический эффект в металлах // Письма в ЖЭТФ. 1969. Т. 2. № 10. С. 18-22.
2. Баранов Ю.В., Троицкий О.А., Аврамов Ю.С., Шляпин А.Д. Физические основы электроимпульсной и электропластической обработок и новые материалы: монография. М.: Изд-во МГИУ, 2001. 843 с.
Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.
Troitskiy O.A., Stashenko V.I. ELECTRO-PLASTIC ROLLING TECHNOLOGY TITANIUM ALLOYS AND STAINLESS STEEL
It is established that the technology of rolling metal under the action of pulsed high-density current in the deformation is most effective.
Key words: rolling; high pulse current density; annealing; flexibility; efficiency.
УДК 539.5
ДИНАМИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СТРУКТУРНЫХ ДЕФЕКТОВ В УСЛОВИЯХ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО СЖАТИЯ
© В.В. Малашенко, Н.В. Белых
Ключевые слова: дислокации; точечные дефекты; высокое гидростатическое давление.
Исследовано динамическое торможение дислокаций точечными дефектами в гидростатически сжатом кристалле.
Пластичность и прочность кристалла в значительной степени определяются наличием и перемещением дислокаций. Само же дислокационное движение испытывает сильное влияние потенциальных барьеров, создаваемых структурными дефектами, которые движу-
щаяся дислокация может преодолеть двумя способами: с помощью термических флуктуаций, если кинетическая энергия дислокации ниже барьера, и динамическим образом (надбарьерное скольжение) в противном случае, что реализуется обычно при скоростях движе-
1712
