CC BY
14
УДК 621.771.23.016. 3.01
I. О. ВАКУЛЕНКО (ДПТ)
ВПЛИВ СХЕМИ НАВАНТАЖЕННЯ НА ОДНОР1ДН1СТЬ РОЗПОД1ЛУ ДЕФОРМАЦИ ПРИ ПЛАСТИЧН1Й ТЕЧ11 ВУГЛЕЦЕВО1 СТАЛ1
Дослiдження субструктури холоднокатаних низьковуглецевих сталей показали, що шсля 20 % обти-скування вже достатньо велиш об'еми фериту мають перiодичну дислокацiйну структуру подiбну дис-локацiйним чарункам. Пiсля двох-чотирьох цимв знакозмiнного згину спостерiгаeться шдвищення однорiдностi розподiлу мiкротвердостi фериту при зниженш рiвномiрностi розподiлу дислокацiй в се-рединi чарунок.
Исследования субструктуры холоднокатаных низкоуглеродистых сталей показали, что после 20 % обжатия уже большие объемы феррита обладают периодическими дислокационными структурами подобными дислокационным ячеистым. После двух-четырех циклов знакопеременного изгиба наблюдается повышение однородности распределения микротвердости феррита при снижении равномерности распределения дислокаций внутри ячеек.
Investigations of the substructure of cold-rolled low-carbon steels have shown that after 20 % pressurization the already big volumes of ferrite have periodic dislocation structures similar to dislocation cells. After two to four alternating bending cycles, an increase in the homogeneity of distribution of ferrite micro-hardness can be observed, along with a decrease of homogeneity of distribution of dislocations inside individual cells.
Зеренна будова вуглецево! стал при випад-ковому розподш кристалографiчних систем ковзання обумовлюе формування неоднорщно-го розподшу деформаци у рiзних мшрооб'емах при 11 пластичному формозмшюванш [1]. О^м диспергування структури та неоднорщного розподшу структурних складових, знизити не-рiвномiрнiсть деформацii стае можливим за ра-хунок змiни напрямку навантаження.
Порiвняно з односпрямованим деформуван-ням змiна знаку чи виду деформування супро-воджуеться зниженням щiльностi дефектов кри-сталiчноi будови [2], зростанням параметрiв деформацiйного змiцнення [3], диспергуванням субструктурних елементiв сталi [4]. На пiдставi наведених даних стае можливим очшувати зни-ження нерiвномiрностi розподшу деформаци в металi при змш схеми деформування з одно-спрямованого на реверсивне.
Метою роботи була оцшка можливосп зни-ження нерiвномiрного розподiлу деформацii в мiкрооб'емах за рахунок знакозмшного деформування сталь
Матерiалом для дослiдження були листовi га-рячекатанi сталi з вмютом вуглецю 0,08 % (08 пс) i 0,12 % (20 сп), як надалi тддавали хо-лоднш прокатцi на рiвень деформацii 20 та 40 %. Ощнку нерiвномiрностi розподiлу деформаци проводили з аналiзу даних по замiрах мшротвер-дост фериту за допомогою приладу ПМТ-3. Зна-козмiнне деформування згином проводили на
спещальному пристро1 [4]. Властивосп сталi вивчали при розтяганнi зi швидкiстю деформа-—3 —1
ци 10 с . Характеристики деформацшного змiцнення визначали з аналiзу криво! розтяган-ня. Оцiнку структурних змш в сталi проводили за допомогою електронно-мшроскошчних до-слiджень на просвiчування тонких фольг. Щц-рахунки розмiрiв структурних та субструктурних параметрiв здiйснювали за методиками ю-льюсно! металографii [1; 2].
При шдвищенш ступеня пластичноi дефор-мацii структуры змiни, якi вiдбуваються в ста-лi, призводять до перекручення залежност вла-стивостей вiд структурних характеристик. На пiдставi цього виникае необхщнють прогнозу-вати поведiнку металу на меж максимально можливих деформацiй та рiвномiрнiсть 1х роз-подiлу при виготовленш виробiв дуже складних форм. Для ще!' мети розроблено багато критер> 1в та рiзних показниюв [5; 6]. Найбiльш частiше використовують показник ступеня (п) iз рiв-няння криво! деформацii
с = с0 + К-г"
де с та г - вщповщно напруження та дефор-мащя; К - постiйна, с0 - напруження незворо-тного перемiщення дислокацш в областi мшро-течii; п - показник ступеня [2].
Друга назва - коефщент деформащйного змь цнення [1; 4] та коефщент пластичноi анiзотропii
rm, щo знaхoдять як стввщшшення шиpини та тoвщини зpaзкa (г^и icпитaх на poзтягaння) для oкpемoï величини дефopмaцiï пo зaлежнocтi:
rm = "4(r0 + 2r45 + r90 )>
де r0 r45 r90 - вiдпoвiднo значення кoефiцieнтa пiд кyтoм 0; 45 та 90° вiднocнo вiд на^ямку дефopмyвaння зpaзкa r90.
Зyмoвленo це тим, щo пiдвищення piвня значень п i rm cyпpoвoджyeтьcя зpocтaнням пластичних влacтивocтей сталей [3; 4]. На тд-cтaвi наведених зaлежнocтей, пpи poзpoбцi нoвих технoлoгiй чи yдocкoнaлення дiючих, з метою тдвищення здaтнicть метaлy витpимy-вати значш плacтичнi дефopмaцiï без pyйнy-
вання, cтaлi пщцають oбpoбкaм, яю пiдвищyють п i rm [5]. 3i зpocтaнням cтyпеня хoлoднoï плас-тичнoï дефopмaцiï п i rm дyже швидкo знижу-ються [1; 2], aнaлoгiчнo зменшуеться запас пла-cтичнocтi cтaлi [2]. Пpи цьoмy мiкpoтвеpдicть феpитy зpocтaе, зpocтaе i стушнь вiдхилення ïï значень вщ cеpедньoгo piвня.
Як cвiдчaть електpoннo-мiкpocкoпiчнi дo-cлiдження, cтaлi пicля дефopмaцiï пpoкaткoю на 20... 40 % мають недocкoнaлy диcлoкaцiй-ну чapyнкoвy CTpyOTypy (pиc. 1). На пiдcтaвi ^oto cтyпiнь вдocкoнaлocтi вкaзaнoï диcлo-кацт^!' cтpyктypи пoвинен бути piзним для piзних мiкpooб'емiв металу, щo пiдтвеpджy-еться хapaктеpoм зaлежнocтей rm, п вщ сту-пеня дефopмaцiï та змiнoю значень мiкpoтве-pдocтi ( H^ ) вздoвж нaпpямкy, який збiгaетьcя
з на^ям^м навантаження.
Рис. 1. Дислскацшна Hapyrnoba cтpyктypa феpитy хoлoднoкaтaнoï:
а), б) на 20 % стал1 20 сп; в), г) тсля наступисго 4-х циклoвoгo знaкoзмiннoгo згину. Збшьшення 13000 х1,5
Щц час знакозмшно! деформаци згином хо-лоднодеформовано! сталi знижуються мщност-ш властивостi та зростають вiцносне подов-ження сталей в 3.5 разiв, коефiцieнт деформа-цiйного змiцнення [3] та гт (рис. 2). Замiри Нц
показали зниження величини максимального вiцхилення вiц серецнього значення вздовж на-прямку деформування (рис. 3).
и/' а.
В О! й2 ил 0,4 ¿5 № 2711
Рис. 2. Вплив ступеня пластично! деформаци прокаткою (1,3.20, 2,4...40 %), илькосп знакозмшних вигишв (т) на гт :
а) на п; б) на низьковуглецеву сталь 08 пс (1,2) 1 20 сп (3,4).
Рис. 3. Вплив ступеня пластично! деформаци прокаткою (1.20, 2.40 %):
а) на 4-х цикловий знакозмшний згин; б) на Нц фериту стал1 08 пс
Електронно-мшроскошчний аналiз свiцчить, що при невдосконаленш чарунковiй структурi та при неупорядкованому розподш цислокацiй (клубковi осередки [1; 2], хаотично розташоваш дислокаци в серецинi чарунок) знемiцнення, яке спостерпаеться за рахунок знакозмiнного деформування зумовлено не тшьки анiгiляцiею одиничних незв'язаних цислокацiй, а й зi стру-ктурними змiнами, якi мають мюце в самих ча-рунках. Так, вже тсля перших 2.4 циклiв зна-козмiнного навантаження, рашш сформована цислокацiйна чарункова структура значно зм> нюеться. Результати кiлькiсного структурного аналiзу показали не тiльки зменшення розмiрiв чарунок [4], а i змiнення !х форми: вони стали бшьш рiвновiсними (див. рис. 1, в, г).
Крiм цього, змшилася й функцiя розташу-вання осей чарунок по розмiру. У порiвняннi з розпоцiлом, який спостерiгаеться для тшьки деформованого прокаткою металу, операщя знакозмiнного навантаження сприяе звуженню функци розпоцiлу, що може розцiнюватись як одна з ознак вдосконалосп дислокацшно! чару-нково! структури [2; 4]. На пiцставi проведено-го аналiзу можлна дати оцiнку процесам внут-рiшньоi перебудови, якi сприяють шдвищенню рiвномiрностi розпоцiлу цеформацii та зв'язаного з ним комплексу властивостей.
Аналiз залежностi змiни Н^ показуе, що
при односпрямованому деформуванш характерною ознакою е закршлення осередюв з тдви-щеною та зi зниженою цеформацiею. Пiсля зм> ни виду деформування (прокатка та наступний знакозмшний згш) вщбуваеться перерозпоцiл мiж вказаними осередками (пiцвищеноi та зни-жено!) мiкротверцостi. Припускаючи, що бшь-шiсть зрушень при пластичнiй деформаци зосе-реджена у вузькому iнтервалi кутiв поблизу площин з максимальними даючими дотичними напруженнями, змiна знаку навантаження повинна привести до принципово шших структу-рних змш у порiвняннi з односпрямованим де-формуванням.
Дшсно, як свiцчать електронно-мiкроскопiчнi дослщження, при знакозмiнному цеформуваннi виникають моменти сил, яю сприяють завороту окремих мiкрооб'емiв металу на малi кути, що обумовлено компенсащею виникаючих неоднорь дностей у полях напружень. Крiм цього, необхвд-но визначити, що в чарунковш структурi зразу тсля холодно! прокатки мае мiсце практично рiв-номiрний розпоцiл цислокацiй в середин чарунок (рис. 1, а, б). У протилежшсть цьому шд час знакозмiнноi гнучко! деформаци можна спостерiгати значну кiлькiсть чарунок з виник-неними в них немонотонностями в розподш щшьносп дислокацш. Таким чином, спiльний вплив заворопв окремих мiкрооб'емiв та фор-мування немонотонностей розподшу дислока-цiй в середиш чарунок холоднокатаного металу зумовлюе необхщнють формування додаткових субграниць розподшу, яю дуже часто експери-ментально спостерiгаються (див. рис. 1, г).
Поява додаткових субграниць тсля знако-змшного гнучкого деформування вказуе на зро-стання цисперсностi структури в цшому, але в той же час необхщно вiцзначити, що рiвномiр-нiсть розпоцiлу цислокацiй зменшуеться. Таким чином, на перший погляд маемо достатньо па-радоксальну ситуацiю - для тдвищення рiвно-мiрностi деформаци в мшрооб'емах необхiцно збiльшити нерiвномiрнiсть !! розпоцiлу в знач-
но менших об'емах на субмiкрорiвнi. При зна-козмiннiй гнучкiй деформацii холоднокатаного металу активiзацiя iнших додаткових систем ковзання сприяе розвитку ашзотропного характеру деформацп в субструктурних об'емах, що в цiлому пiдвищуе и розподiл у бiльш крупних об'емах, що в реши решт шдтверджуетъся зни-женням вiдхилення мiкротвердостi металу вщ и середнiх значень.
Б1БЛЮГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Большаков В. И. Термическая обработка строительной стали повышенной прочности / В. И. Большаков, К. Ф. Стародубов, М. А. Тылкин. - М.: Металлургия, 1977. - 200 с.
2. Бабич В. К. Деформационное старение стали / В. К. Бабич, Ю. П. Гуль, И. Е. Долженков. - М.: Металлургия, 1972. - 272 с.
3. Вакуленко И. А. Влияние правки на свойства термоупрочненной в потоке стана угловой стали СтЗпс. / И. А. Вакуленко, В. Т. Черненко, В. И. Друзин // Металлургическая и горнорудная промышленность. 1985. - № 1. - С. 36-37.
4. Вакуленко И. А. Влияние изгибно-растяжного деформирования на дислокационную структуру холоднокатаной низкоуглеродистой стали / И. А. Вакуленко, В. Г. Раздобреев // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 2003. - № 8. - С. 28-30.
5. Lengford G. Strain hardening of iron by several plastic deformation / G. Lengford, M. Cohen // Trans. Quart., 1969. V 62. - № 3. - Р. 623-638.
6. Вакуленко И. А. Изменение акустической эмиссии в процессе деформирования углеродистой стали / И. А. Вакуленко, А. Г. Лисняк // Изв. АН России. Металлы. 1993. - № 4. - С. 97-101.
Надшшла до редколеги 27.09.2004.
