Стали с перлитной структурой, упрочняемые холодной пластической деформацией » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Стали с перлитной структурой, упрочняемые холодной пластической деформацией

10.06.2021

Достижение высокого упрочнения сталей с исходной перлитной структурой, получаемой после патентирования или после нормализации, в результате холодной пластической деформации является следствием увеличения числа дефектов строения при изменении характера их распределения и измельчения пластинок феррита и цементита. Это высокое упрочнение при достаточной пластичности и вязкости достигается в результате пластической деформации с большим обжатием (обычно >80%).

Причины высокого упрочнения, достигаемого в результате окончательной холодной пластической деформации, нельзя считать полностью выясненными. Абсолютная величина упрочнения зависит от исходного структурного состояния, определяемого условиями предшествующей термической обработки и многократной предварительной горячей и холодной пластической деформации, которым сталь подвергается в процессе всего цикла металлургического передела, а также от схемы и степени окончательной пластической деформации.

Это исходное структурное состояние определяется в первую очередь температурой распада переохлажденного аустенита и характеризуется дисперсностью феррито-цементитной смеси — размером (толщиной) пластинок, этих фаз, а также их субструктурой. Чем ниже температура превращения, тем меньше размер пластинок этих фаз и меньше величина областей когерентного рассеяния феррита и цементита. В итоге возрастает степень упрочнения в процессе пластической деформации, в то время как ее механизм практически не изменяется.
Стали с перлитной структурой, упрочняемые холодной пластической деформацией

В процессе холодной пластической деформации с ростом степени обжатия межфазные границы размываются — плотность дислокаций в ферритных пластинках растет и они постепенно формируют ячеистую субструктуру. Образованию ячеистой субструктуры феррита способствуют пластинки цементита, поскольку межфазовая граница является источником дислокаций. Кроме того, сплошные пластинки цементита или их фрагменты стабилизируют субструктуру. Границы ячеек феррита, обычно имеющих вытянутую форму, состоят из сплетений дислокаций; плотность дислокаций в пределах каждой ячейки довольно низкая. Границы этих ячеек блокируют скольжение дислокаций. Размеры ячеек или субструктурных барьеров в направлении, перпендикулярном волочению, уменьшаются с ростом деформации, а сами границы ячеек становятся более четкими, так как они поглощают скользящие дислокации. Степень разориентации на границах при этом растет и из малоугловых они постепенно становятся большеугловыми, достигая 1—3°. Диаметр ячеек примерно пропорционален диаметру проволоки (рис. 13). Эти ячейки можно рассматривать как субзерна и даже как зерна диаметром, равным межпластиночному расстоянию феррита, и длиной 0,5—2 мкм, вытянутые вдоль оси проволоки.

В процессе деформации изменяется субструктура не только ферритных пластинок, но также и цементита, причем характер ее изменения определяется степенью обжатия и ориентацией пластинок цементита в колониях перлита по отношению к направлению волочения. Если пластинки цементита параллельны направлению волочения, то и скольжение в феррите и в цементите идет главным образом в направлении, близком к плоскости этих пластинок; при других ориентациях этих пластинок скольжение в феррите идет под разными углами и происходит микроизгиб и фрагментация пластинок цементита.

Несмотря на определенную пластичность цементита, высокая способность перлита к пластической деформации связана с тем, что его основная фаза — феррит, а пластинки цементита не являются непрерывными. Разрушение стали при больших деформациях чаще всего начинается от цементитных пластинок.

Указанные структурные изменения происходят при деформации стали и с тонкопластинчатым, и с грубопластинчатым перлитом. Разница состоит лишь в том, что в последнем случае четко выявляются стенки (границы) ячеек двух типов: во-первых, ограниченные непрерывными цементитными пластинками, претерпевшими скольжение; во-вторых, ограниченные фрагментами карбидов и сложными скоплениями дислокаций, генерированными у концов цементитных пластинок, т.е. в местах концентрации напряжений. Упрочнение стали с перлитной структурой в функции степени обжатия показано на рис. 14. Такой же характер роста упрочнения наблюдается для чистого железа и стали со структурой отпущенного мартенсита и, следовательно, не является характерным только для структур пластинчатого типа. Для объяснения высокого упрочнения стали со структурой пластинчатого перлита предложено несколько гипотез.

В процессе волочения сталь приобретает волокнистую или фибровую (т. е. состоящую из волокон феррита и цементита) структуру, поэтому была предпринята попытка проанализировать возможность привлечения модели композиционного материала, в котором приложенные напряжения воспринимают более прочные цементитные волокна. Ориентировочный расчет показал, что расчетная прочность такого композиционного материала существенно ниже наблюдаемой экспериментально, что, возможно, связано с введением ряда приближений в исходную расчетную модель.

He установлено также удовлетворительного соответствия между расчетом и действительной прочностью стали при использовании модели упрочнения дисперсными недеформируемыми частицами, подробно рассмотренной в работах с привлечением механизма Орована.

Более обоснованной является та точка зрения, согласно которой упрочнение стали с пластинчатой структурой представляет результат измельчения присутствующих фаз и субструктуры в процессе холодной пластической деформации. В результате деформации утоняются пластинки цементита и феррита и таким образом уменьшается путь, который проходят скользящие дислокации от одной цементитной пластинки до другой. Если принять, что размер (толщина) ферритных пластинок после сильной деформации находится в пределах 25—50 нм (250—500 А), то по расчетной схеме Гензамера предел прочности стали с такой структурой и будет практически равен наблюдаемому.

Также, и по данным В.Н. Гриднева с сотр., прочность холоднодеформированной стали со структурой пластинчатого перлита линейно зависит от величины, обратной корню квадратному из межпластиночного расстояния. Это же соответствие можно получить и при использовании модифицированного соотношения Петча, если принять, что величина зерна (или субзерна) или расстояние между барьерами составляет вдоль оси пластины 0,5—2 мкм.

Таким образом, основной причиной упрочнения стали со структурой тонкопластинчатого перлита (сорбита) является формирование определенных микроструктуры и субструктуры в процессе холодной пластической деформации.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: