CC BY
33
Влияние термической обработки на эволюцию структуры и свойств стальной... Чукин М.В., ЕмалееваД.Г.
НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИ
УДК 621.778.014-426:620.172.242 Чукин М.В., Емалеева Д.Г.
ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ЭВОЛЮЦИЮ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ СТАЛЬНОЙ ПРОВОЛОКИ В ПРОЦЕССЕ
РКУПРОТЯЖКИ
В последние годы наблюдается активное развитие способов интенсивной пластической дефор -мации (ИПД), позволяющих получать ультрамел-козернистые (УМЗ) и наноструктурные материалы с уникальным комплексом физико-механических свойств (высокая твердость, износостойкость и прочность при сохранении достаточного для даль -нейшей обработки уровня пластичности) [1, 2]. Однако при всем многообразии проводимых ис-следований остается актуальной проблема адаптации существующих разработок к непрерывным схемам обработки заготовок. Поэтому на кафедре машиностроительных и металлургических технологий ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова» был разработан способ равноканальной угловой свободной протяжки (РКУПротяжка), позволяющий формировать ультрамелкозернистую структуру поверхности длинномерных заготовок и управлять механическими свойствами материала в условиях непрерывности технологического процесса.
Процесс РКУПротяжки заключается в многократном протягивании проволоки через специаль-но разработанный инструмент, имеющий в сечении 2 пересекающихся под углом канала. Отличительной особенностью данной схемы ИПД является возможность её сочетания с традиционным способом волочения проволоки. Технологичность и непрерывность процесса реализуется за счет последовательной установки на волочильном стане необходимого количества инструмента. Обработка проволоки предлагаемым способом не влечет за собой существенного изменения формы и размеров поперечного сечения заготовок и позволяет сохранять постоянство марочного состава дефор-
* Работа выполняется в рамках федеральной целевой программы «Иссждрвания и разработки по приоритетным направжниям развития научно-технолэгического комшвкса России на 2007-2012 гг.» по направжнию «Конструкционные стали с ультрамелкодисперсной и наноструктурой, методы их поучения и обработки» (контракт № 02.513.11.3196), а также при финансовом содействии фонда развития малых форм предприятий в научно-технической сфере ИМ. Бортника.
мируемого материала [3].
Необходимость повышения эффективности процесса РКУПротяжки требует оптимизации ре -жимов обработки. Поэтому целью настоящей ра-боты является исследование влияния предварительной термической обработки (ТО) на эволюцию
Рис. 1. Микроструктура образца й = 5,0 мм, подвергнутого десятикратной РКУПротяжке с предварительным отжигом, х200: а - поверхность; б - центр
НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИ
300
250
200
150
структуры и свойств стальной проволоки в процессе РКУПротяжки.
При проведении исследований в качестве исходного материала использовалась стальная низкоуглеродистая проволока (сталь 10) различного диаметра. Образцы проволоки подверга-лись многократному деформированию способом РКУПротяжки с предварительной термической обработкой (от- ;
жиг при температуре 680°С, время выдержки при заданной температуре 15 мин) и без неё.
Оценка характера изменения структуры металла в ходе обработки произ-водилась на микроскопе «ЭПИКВАНТ» с использованием системы компьютерного анализа изображений Б1ЛМБ-600. Исследование подтвердило, что РКУПротяжка сопровождает -ся интенсивным диспергированием структурных составляющих поверхности всех исследуемых об -разцов (рис. 1, а). В то же время структура централь -ной области заготовок остается неизменной и соот-ветствует типичной структуре исходной низкоугле -родистой стали (рис. 1, б).
При небольших увеличениях отчетливо различить строение и идентифицировать структурные составляющие образованного в результате протяжки наноструктурированного поверхностного слоя не представляется возможным вследствие высокой дисперсности микроструктуры. Можем лишь отме-тить, что полученный УМЗ слой имеет волокнистое строение, обнаруживаемое при малых увеличениях, и с возрастанием интенсивности обработки! непре-рывно увеличивается в толщине (рис. 2).
Как следует из рисунка, предварите ль ный отжиг заготовки, подвергнутой РКУПротяжке за 10 проходов, позволил значительно интенсифицировать процесс диспергирования структурных составляющих поверхностных слоев на заключите льных этапах обработки и получить УМЗ слой толщиной до 297 мкм.
С целью исследования влияния режима обработки на изменение интегральных механических свойств проволоки различного диаметра, образцы после десятикратной протяжки подвергались испытанию на одноосное растяжение с определением значений временного сопротивления и степени упрочнения материала относительно исходного
2 прохода
10 проходов
6 проходов Интенсивность обработки
РКУПротяжка с предварительным отжигом ■'■РКУПротяжка без предварительной ТО
Рис. 2. Исследование изменения толщины УМЗ поверхностного слоя образца диаметром 4,5 мм
Изменение прочностныхсвойств проволоки в процессе РКУПротяжки
Диаметр образца, мм Упрочнение относительно исходного состояния, %
РКУПротяжкас предварительным отжигом РКУПротяжкабез предварительной ТО
4,2 18,1 7,2
4,5 16,2 6,1
5,0 28,7 -18,2
5,5 ,2 2 -0,8
состояния (до проведения ИПД) (см. таблицу).
Анализ динамики изменения механических свойств образцов относительно исходного состоя -ния показал, что РКУПротяжка отожженной проволоки различного диаметра вызывает стабильное увеличение уровня механических свойств образцов вплоть до 29%. Для образцов, подвергнутых протяжке без предварительной ТО, установили, что увеличение интенсивности обработки до 10 протяжек через инструмент является неэффективным с точки зрения упрочнения материала, требует дальнейшего изучения и подбора оптимальных параметров деформирования.
Проведенные исследования выявили положительное влияние предварительного отжига материала на эффективность обработки стальных заготовок способом РКУПротяжки. Полученные ре -зультаты могут быть использованы с целью дальнейшей оптимизации режимов получения длинномерных заготовок с УМЗ структурой поверхности и требуемым уровнем механических свойств.
Библиографический список
Валиев Р.З., Александров И.В. Объемные наноструктурные металлические материалы: получение, структура и свойст-ва. М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. 398 с.
Особенности реологических свойства конструкционных наносталей / Чукин М.В., Гун Г.С., Барышников М.П., Валиев Р.З., РаабГ.И. // Вестн. МГТУим. Г.И. Носова. 2008. № 1. С. 24-27.
ЕмалееваД.Г. Повышение уровня механических свойств стальной проволоки формированием наноструктуры поверх -ностного слоя // Инновации молодых учёных: Сб. докл. на 65-й научно-технической конференции. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2007. 160 с.
