Олейникова Оксана Викторовна

Физико-металлургический факультет
Специальность: Металловедение

Тема выпускной работы:

Влияние предварительной холодной деформации на фазово-структурные превращения в эвтектоидной стали при последующей термообработке

Научный руководитель: проф., д.т.н. Алимов Валерий Иванович

Реферат по теме выпускной работы

С ростом степени холодной пластической деформации (ХПД) усиливаются прочностные свойства металла (увеличиваются пределы прочности и текучести, твердость), а пластические свойства ослабевают (уменьшаются относительное удлинение и сужение, ударная вязкость) (рисунок 1).

Рисунок 1 – Влияние ХПД на механические свойства низкоуглеродистой стали

ХПД сопровождается искажением кристаллической решетки металла — образованием новых дислокаций, дроблением зерен, их сплющиванием и удлинением в направлении наибольшего течения металла. В результате искажений кристаллической решетки и появления остаточных напряжений изменяются физико-химические свойства металла, например уменьшаются электро- и теплопроводность. В результате холодной деформации в металле возникают также преимущественная ориентировка (текстура) и анизотропия свойств, т. е. их неоднородность в зависимости от направления преимущественного течения металла [1]. Изменения, вносимые деформацией, могут оказывать влияние на фазово-структурные превращения при последующей термообработке сталей. Вопросы влияния предварительной ХПД на структуру и свойства сталей интересуют многих исследователей и производственников. С увеличением степени предварительной холодной деформации диффузия углерода в сплавах на железной основе замедляется [2]. Полное снятие наклепа на стали 20 происходит после отпуска в течение 3,5 ч при 600^оС или 1,5 ч при 700^оС, т.е. дефекты кристаллического строения устойчивы [3]. Сфероидизация цементита в деформированной стали 45 ускоряется из-за дефектов атомно-кристаллического строения в пластинах цементита [4]. Распад цементита в холоднодеформированной стали возможен при нагреве до А_с1. Карбидная фаза имеет решетку цементитного типа (У7, У12), но содержание углерода в ней выше, чем в цементите; при деформации цементитные частицы дробятся, а некоторые и распадаются, в результате чего образуется химически свободный углерод и железо, вызывающие возрастание намагниченности стали; атомы углерода окружают сохранившиеся цементитные частицы и часть их проникает внутрь кристаллической решетки карбида. При последующем нагреве атомы углерода взаимодействуют друг с другом, образуя графит, другая часть снова образует цементит с атомами железа [5]. На стали У12А со структурой грубопластинчатого перлита выяснено, что деформация затруднена и сопровождается образованием большого количества микропор и микротрещин; в слабодеформированных образцах при нагреве происходит залечивание этих полостей, а при больших степенях обжатия ускоряется процесс графитизации [6]. С увеличением скорости нагрева происходит подавление процессов разупрочнения (сталь70) и перед α-γ превращением структура имеет высокую степень дефектности, а также повышается доля скрытой энергии наклепа, которая наследуется аустенитом [7]. Быстрый нагрев вызывает снижение критических точек [8]. Малые выдержки при небольших деформациях способствуют росту зерна аустенита, а при больших – тормозят его [9]. Предварительная ХПД существенно расширяет интервал превращения перлита в аустенит [10]. Холодная деформация способствует зарождению зерна аустенита, но тормозит его рост, вследствие чего и расширяется температурный интервал аустенитизации [11]. Распад аустентав деформированных образцах стали 20 осуществляется намного медленнее, чем в отожженных из-за унаследованных аустенитом искажений холоднодеформированной стали; с увеличением длительности выдержки и температуры аустенитизации распад аустенита ускоряется, но даже после выдержки при 1050^оС скорость распада отожженной и деформированной стали сравниваются только после получасовой выдержки [3]. При любом варианте охлаждения с увеличением степени предварительной деформации межпластиночное расстояние в перлите уменьшается [12]. Повышение степени деформации вызывает возрастание микротвердости мартенсита, что является следствием накопления энергии деформирования и прохождения необратимых изменений кристаллического строения. Увеличение длительности нагрева приводит к снижению упрочнения. При повышении температуры нагрева происходит дальнейшее снижение упрочнения [13]. Наиболее однородная и мелкодисперсная структура при режимах воздушного охлаждения получается в заготовках из сталей с содержанием 0,70 % углерода, 0,9-1,2 % марганца и с дополнительным содержанием бора в количестве 0,003 % при температурах термостатирования 450-550^оС, иногда при 600^оС. В заготовках с 0,60 % углерода также встречается более грубая перлитная структура и феррит в виде разорванной сетки и прожилок (их тем больше, чем меньше марганца и шире диаметр заготовки). При содержании 0,80 % углерода сорбит получается в заготовках большего диаметра; но при содержании марганца1,3 % кроме сорбита образуется промежуточная структура, количество которой зависит от диаметра, химсостава и температуры термостатирования [14]. Целью настоящей работы является изучение поведения эвтектоидной стали при нагреве ниже точки А_с1 и при нагреве с перекристаллизацией. На первом этапе было проведено изучение сфероидизации предварительно холоднодеформированной стали. Исследования проводились на образцах из стали 85 диаметром 2мм. Образцы подвергали отжигу при температуре 670±10^оС длительностью 0,08, 0,25, 0,5, 0.75, 1,5, 3 и 6 ч., после чего изучали микроструктуру образцов и измеряли их микротвердость. Зависимость микротвердости от длительности отжига приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Влияние степени деформации стали 85 на ее микротвердость

Исследования показали, что сфероидизация цементита проявляется уже при выдержке в 5 мин, однако и после 6 ч. отжига цементит имеет форму глобулей, а не правильных сфер. При небольших длительностях выдержки кривая микротвердости сталей повторяет форму кривых для холоднодеформированных образцов, а при большом времени отжига происходит большее разупрочнение стали с увеличением степени деформации. На рисунке 3 представлена зависимость микротвердости стали от длительности отжига.

Рисунок 3 – Влияние длительности отжига стали 85 на ее микротвердость

Из рисунка 3 видно, что с увеличением длительности отжига микротвердость стали снижается при любой степени предварительной деформации. Чем больше время отжига, тем меньше эффект наследования сталью дефектов после холодной деформации. На втором этапе проведено установление особенностей кинетики диффузионного распада переохлажденного аустенита в холоднодеформированной стали в условиях непрерывного охлаждения, для чего использовали проволочные образцы диам. 3,0-5,4 мм, изготовленные путем холодной пластической деформации волочением с суммарной деформацией 31-79% из катанки диам. 6,5 мм из стали с содержанием 0,70%С и 1,05%Mn. Образцы подвергали аустенитизации при температурах 800-1100^оС с удельной выдержкой 1 мин/мм сечения и охлаждению на воздухе. Инкубационный период оценивали по времени первичной потери светимости образцов. Диффузионный распад переохлажденного аустенита сопровождается выделением тепла, что вызывает вторичное свечение образцов. Далее закалочно-микроструктурным методом уточняли инкубационный период и определяли длительность 50%-го и полного (100%-го) распада. Представленные на рисунке 4 [15] пространственные диаграммы кинетики распада переохлажденного аустенита дают основания для выводов о том, что предварительная холодная деформация со степенями 31-79% снижает устойчивость переохлажденного аустенита и длительность его полного распада в диффузионной области в условиях непрерывного охлаждения. Это справедливо для любой температуры аустенитизации в интервале 800-1100^оС. Сама температура аустенитизации влияет эффективнее деформирования; ее повышение вызывает рост зерна аустенита, а это повышает устойчивость переохлажденного аустенита и длительность его полного распада. Ускоряющее действие холодной деформации на диффузионный распад переохлажденного аустенита проявляется во всех изученных случаях.

Рисунок 4 – Зависимость времени распада 2-х (а), 50-и (б) и 100 (в) % переохлажденного аустенита

Литература

1. www.delta-grup.ru/bibliot/[Электронный ресурс]
2. Матосян М.А., Голиков В.М. Влияние предварительной холодной пластической деформации на диффузию углерода в сплавах на железной основе//ФММ. – 1968, Т.25, вып.2 – С.377-381.
3. Дьяченко С.С., Дощечкина И.В., Тарабанова И.П., Петриченко А.М. Об устойчивости дефектов и их влиянии на процесс образования и распада аустенита//ФММ. – 1976, Т.41, вып.3. – С. 566-570.
4. Баранова В.А., Сухомлин Г.Д., Ткаченко Ф.К. Исследование сфероидизации цементита в холоднодеформированной стали//Изв. вузов. Черн. Металлургия. – 1981, №8. – С. 86-89.
5. Белоус М.В., Черепин В.Т. Изменения в карбидной фазе стали под влиянием холодной пластической деформации//ФММ. – 1962, Т.14, вып.1. – С. 48-54.
6. Белоус М.В., Черепин В.Т. Изменения в карбидной фазе стали под влиянием холодной пластической деформации//ФММ. – 1962, Т.14, вып.2. – С. 312-315.
7. Ивасишин О.М., Кононенко В.Л., Ошкадеров С.П., Юрченко Ю.Ф. Наследование структуры при скоростном отжиге деформированных углеродистых сталей//Металлофизика. – 1974, №53. – С. 109-115.
8. Гриднев В.Н., Мешков Ю.А., Ошкадеров С.П. Влияние деформации на снижение критических точек быстро нагреваемой перлитной стали//Металлофизика. – 1971, №34. – С. 38-45.
9. Алимов В.И., Андреева Л.Н. Влияние холодной деформации на размер аустенитного зерна в эвтектоидной стали// Изв. вузов. Черн. Металлургия. – 1983, №10. – С. 149.
10. Майструк А.Я., Ткаченко Ф.К., Мельниченко А.И., Веселов И.А. О влиянии скорости нагрева на превращения в холоднодеформированной стали// Изв. вузов. Черн. Металлургия. – 1976, №6. – С. 109-111.
11. Баранов А.А., Ким Ир Ён. Влияние холодной деформации на аустенитизацию эвтектоидной стали// Изв. вузов. Черн. Металлургия. – 1986, №10. – С. 77-81.
12. Алимов В.И., Баранов А.А., Кабрера Бланка. Влияние предварительной холодной деформации на дисперсность перлита// Изв. вузов. Черн. Металлургия. – 1983, №7. – С. 156.
13. Алимов В.И., Жилина С.Е., Скиба В.П. Упрочнение холоднодеформированной стали при последующей закалке// Изв. вузов. Черн. Металлургия. – 1986, №4. – С. 92-94.
14. Алимов В.И. Закономерности распада переохлажденного аустенита в стальной проволоке при воздушном охлаждении//Наукові праці ДонНТУ, серія «Металургія». – 2008, №10 (141). – С. 256-264.
15. Алимов В.И., Олейникова О.В. О влиянии предварительной холодной деформации на процессы структурообразования при термообработке сталей//Вісник науковця-2009: Збірник матеріалів всеукраїнської науково-практичної конференції. – Миколаїв: НУК, 2009. – С. 222-224.