Олейнікова Оксана Вікторівна

Фізико-металургійний факультет
Спеціальність: Металознавство

Тема випускної роботи:

Вплив попередньої холодної деформації на фазово-структурні перетворення в евтектоїдній сталі при наступній термообробці

Науковий Керівник: проф., д.т.н. Алімов Валерій Іванович

Реферат з теми випускної роботи

Зі зростанням ступеню холодної пластичної деформації (ХПД) посилюються властивості міцності металу, а пластичні властивості слаюшають (рисунок 1)

Рисунок 1 - Вплив ХПД на механичні властивості низьковуглецевої сталі

ХПД супроводжується викревленням кристалічної гратки металу - утворенням нових дислокацій, дробленням зерен, їх подовжанням у напрямку найбільшого течиння металу. У наслідок викревлення кристалічної гратки і появи залишкових напружень змінюються фізико-хімічні властивості металу, наприклад зменшуються електро- і теплопровідність. У наслідок холодної деформації в металі виникають також переважна орієнтировка (текстура) і анізотропія властивостей [1]. Зміни, що вносить деформація можуть впливати на фазово-структурні перетворення під час наступної термообробки сталі
Зі збільшенням ступеню попередньої холодної деформації дифузія вуглецю у сплавах на залізній основі уповільнюється [2]. Повне зняття наклепу на сталі 20 відбувається після відпуску 3,5 год при 600^оС або 1,5 при 700^оС, тобто дефекти кристалічної будови стійкі [3]. Сфероідізація цементиту у деформованій сталі 45 прискорюється через дефекти атомно-кристалічної будови у пластинах цементиту [4].
Розпад цементиту в холоднодеформованій сталі можливий під час нагріання до т.А_с1. Карбідна фаза має гратку цементитного типу (У7, У12), але вміст вуглецю в ній більше, ніж у цементиті; під час деформаціі цементитні частки дробляться, а деякі й розпадаються, у результаті чого утворюються хімічно вільні вуглець і залізо, які викликають зростання намагніченості сталі, атоми вуглецю оточують цементитні частини, що збереглися, і частина їх проникає всередину кристалічної гратки карбіду. Під час наступного нагріву атоми вуглецю взаємодіють один з одним, утворюючи графіт, інша частина знову утворює цементит з атомами заліза [5]. На сталі У12А зі структурою грубопластинчатого перлиту з'ясовано, що деформація утруднена і супроводжується утворенням великої кількості мікропор і мікротріщин; у слабодеформованих зразках під час нагріву протікає лікування цих полостей, а при більших степенях деформації прискорює процес графітізації [6].
Зі збільшенням швидкості нагріву протікає подавлення процесів роззміцнення (сталь 70) і перед α-γ-перетворенням має високу ступінь дефектності, а також збільшується частка прихованої енергії наклепу, яка наслідується аустенітом [7]. Швидкий нагрів викликає зниження критичних точок [8].
Малі витримки при невеликих деформаціях сприяють росту зерна аустеніту, а при великих - гальмують його [9]. Попердня ХПД суттєво розширює інтервал перетворення перліту в аустеніт [10]. Холодна деформація сприяє зародженню зерна аустеніту, але гальмує його рост, в наслідок чого і розширюється температурний інтервал аустенітизаціі [11].
Розпад аустеніту деформованих зразків сталі 20 здійснюється набагато повільніше, ніж у відпалених через через упадковані аустенітом викревлення холоднодеформованої сталі; зі збільшенням довжини витримки і температури аустенітизації розпад аустеніту прискорюється, але навіть після витримки при 1050^оС швидкість витримки відпаленої і деформованої сталі зрівнюється лише після півгодинної витримки [3].
При будь-якому варіанті охолодження зі збільшенням ступеня попередньої деформації міжпластиночна відстань у перлиті зменшується [12].
Підвищення ступеню деформації викликає зріст мікротвердості мартенситу, що є наслідком накоплення енергії деформування і проходження незворотних змін кристалічної будови. Збільшення довжини нагріву призводить до зниження зміцнення. При підвищенні температури нагріву протікає подальше зниження зміцнення 13].
Найбільш однорідна і мілкодисперсна структура при режимах повітряного охолодження утворюється в заготівках зі сталей із вмістом 0,70 % вуглецю, 0,9-1,2 % марганцю і з додатковим вмістом бору у кількості 0,003% при температурах термостатування 450-550^оС, іноді пири 600^оС. У заготівках 0,60% вуглецю також зустрічається більш груба перлитна структура і ферит у вигляді розірваної сітки і прожилок. При вмісті 0,80% вуглецю сорбіт виходить у заготівках більшого діаметру, але при вмісті марганцю 1,3% окрім сорбіту утворюється проміжна структура, кількість якої залежить від діаметру, хімскладу і температури термостатування [14].
Ціллю даної роботи є вивчення поведінки евтектоїдної сталі під час нагріву нижче точки А_с1 і нагріву з перекристалізацією.
На першому етапі було проведене вивчення сфероідізації попередньо холоднодеформованої сталі. Досліди проводилися на зразках зі сталі 85 діаметром 2 мм. Зразки підвергали відпалу при температурі 670±10^оС довжиною 0,08-6 год, після чого вивчали мікроструктуру зразків і вимірювала їх мікротвердість. Залежність мікротвердості від довжини відпалу приведена на рисунку 2.

Рисунок 2 - Вплив ступеня деформації сталі 85 на її мікротвердість

Досліди показали, що сфероідізація цементиту проявляється вже при витримці у 5 хв, але і після 6 год відпалу цементит має форму глобуль, а не правильних сфер.
При невеликих довжинах витримки крива мікротвердості сталі повторює форму кривих для холоднодеформованих зразків, а при великому часі відпалу протікає більше роззміцнення сталі зі збільшенням ступеню деформації.
На рисунку 3 представлена залежність мікротвердості сталі від довжини відпалу

Рисунок 3 - Вплив довжини відпалу сталі 85 на її мікротвердість

Із рисунка 3 видно, що зі збільшенням довжини відпалу мікротвердість сталі знижується при будь-якому ступені попередньої деформації. Чим більший час відпалу, тим менший ефект успадкування сталлю дефектів після холодної деформації.
Представлені на рисунку 4 [15] просторові діаграми кінетики розпаду переохолодженого аустеніту дають підстави для висновків про те, що попередня холодна деформація зі ступенями 31-79 % знижує стійкість переохолодженого аустеніту і довжину його повного розпаду в дифузіонній області і в умовах безперервного охолодження. Це справедливо для будь-якої температури аустенітизації в інтервалі 800-1100^оС. Сама температура аустенітизації впливає ефективніше деформування , її підвищення викликає ріст зерна аустеніту, а це підвищує стійкість переохолодженого аустеніту і довжину його повного розпаду. Прискорююча дія холодної деформації на дифузійний розпад переохолодженого аустеніту проявляється в усіх вивчених випадках.

Рисунок 4 - Залежність часу розпаду 2-х (а), 50-и (б) і 100 (в) % переохолодженого аустеніту

Література

1. www.delta-grup.ru/bibliot/[Електронне джерело]
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.