Файл: Чашников Д.И. Деформируемость судостроительных сталей при обработке давлением.pdf

При прочих равных условиях проведения деформации для пласти­ ческой обработки, особенно холодной деформации, предпочтительно применять исходный металл с мелким зерном, так как любое укруп­ нение структуры вызывает большее или меньшее понижение пласти­ ческих свойств. Укрупнение зерна деформируемого металла приводит к более быстрому переходу от равномерной деформации к сосредо­ точенной и повышению чувствительности к надрезу. Чем меньше размер зерна, тем выше сопротивление металла хрупкому разруше­ нию, так как по длительности деформации до возникновения трещин материал с мелкозернистой структурой превосходит металлические материалы с крупнозернистой структурой. Считается, что чем круп­ нее зерно, тем ближе конгломерат к хрупкому разрушению. Измель­ чение зерна всегда влечет за собой увеличение прочности и благо­ приятно сказывается на пластическом поведении металла в процессе деформации.

С другой стороны, известно, что влияние границ зерен сказы­ вается на прочностных и пластических характеристиках материала, причем в большей степени на пластических (примеси по границам зерен снижают предельную пластичность).

Деформированный металл имеет ориентированную структуру. Как правило, пластические свойства, определенные на образцах, вырезанных вдоль волокон, выше, чем на образцах, вырезанных поперек волокон. Ввиду анизотропности свойств горячекатаного металла и разнородности структуры в продольном и поперечном направлениях сечения большая пластичность при последующей деформации будет иметь место при обработке в направлении ориенти­ рованных зерен (вдоль текстуры материала).

В заключение можно сказать, что чем однороднее структура по конфигурации и величине зерна, химическому составу, распределе­ нию включений, примесей и т. д., тем выше пластичность ма­ териала.

§4

ФАЗОВЫЙ СОСТАВ

Максимальной пластичностью при деформации обладает металл однофазного строения. Специфической особенностью многообразных сложных систем является разнородность физико-механических свойств фаз, составляющих данную структурную систему. Это создает при деформации неравномерность распределения напряжений и большой рост дополнительных напряжений второго рода. Так, даже у поликристаллического тела, состоящего из однофазного твердого раствора двух компонентов, разнородность зерен будет больше, чем у чистого металла, не говоря уже о системах с двумя и более фазами. В общем случае появлейие второй фазы ускоряет возникновение микротрещин в деформируемом металле. Избыточные структурные фазы, как пра­ вило, в той или иной степени снижают пластичность деформируемого

12

металла. К избыточным фазам относятся феррит в аустенитной стали (a-фаза), карбидные и интерметаллические соединения, соединения типа a-фазы в высокохромистых сталях и др.

Поведение избыточных фаз при повышении температуры раз­ лично: некоторые переходят в твердый раствор и их влияние исче­ зает, другие возникают при нагреве, третьи существуют не изменяясь вплоть до температур перегрева. Так, для низкоуглеродистых ста­ лей характерно снижение пластичности в области 800° С, связанное

ходимо для правильного установления параметров процесса дефор­ мации и для получения требуемых свойств, структуры и фазо­ вого* состава деформированного металла.

Сказанное можно проиллюстрировать рядом примеров. Содержа­ щийся в структуре стали 1Х12Н2ВМФ (ЭИ961) 6-феррит значительно снижает ее технологическую деформируемость при горячей обра­ ботке (ковке и осадке), вызывая возникновение надрывов по границам прослоек 6-фазы. Исследования влияния ледебуритной фазы на пла­ стичность быстрорежущих сталей Р18М, Р15, Р12 и сплава ЭИ347 при высоких температурах" показали, что с увеличением содержания ледебуритной фазы пластичность материала при температурах горячей деформации падает.

По данным М. Жидэка, на пластическое поведение двухфазных аустенитных сталей в деформированном состоянии оказывает вли­ яние в первую очередь соотношение а- и у-фаз. В интервале темпе­ ратур от 900 до 1200° С суммарное снижение допустимой степени деформации достигает 80%, т. е. в количестве 20—30% на каждые 10% увеличения содержания a -фазы. Указанное явление характерно для подавляющего большинства хромоникелевых,-хромоникельтита- новых, хромоникелемолибденотитановых сталей. Минимум пластич­ ности относится к сталям, содержащим в структуре 30—40% фер­ ритной фазы.

13

Механизм отрицательного влияния дополнительной фазы на деформируемость металла связан с различным сопротивлением металла деформации и наклепываемостыо фаз, что обусловливает как при горячей, так и при холодной деформации возникновение дополнительных растягивающих напряжений, способных привести к нарушению сплошности металла. Так, например, в ферритных сталях избыточная фаза (карбиды хрома) при нагреве переходит

втвердый раствор, и ее непосредственное влияние на пластичность

вгорячем состоянии проявляется лишь в способствовании росту зерна деформируемого металла. Одновременно при температурах нагрева, соответствующих температурам растворения карбидов, выделяется избыточная аустенитная фаза, которая при охлаждении после деформации вызывает выделение частиц мартенситной фазы по границам зерен ферритной фазы. Это значительно снижает после­ дующую пластичность стали (уже в холодном состоянии). Исследо­ вания пластического течения при высокой температуре в данных усло­ виях двухфазных аустенитно-ферритных сталей X21H5T, Х22Г8Н2

иХ15НЗСЗ, содержащих 38—40% ферритной фазы, свидетельствуют о неравномерном распределении деформаций, связанном с различием механических свойства- и у-фаз и усугубляемом устойчивым упрочне­ нием аустенита при деформации (у феррита рекристаллизационное раз­ упрочнение происходит практически мгновенно). Вследствие этого при деформации возникают внутренние микроочаги, в которых более твер­

дая фаза воздействует на мягкую, увеличивая степень ее деформации. Следует учитывать также то обстоятельство, что фазовые превра­ щения возможны под действием напряженного состояния, даже при деформации с полным упрочнением. Например, -частичные превра­ щения аустенита наблюдаются при холодной деформации аустенит­ ной стали, и для устранения этих превращений необходимы специаль­

a -фазу перед холодной деформацией, можно устранить а-фазу, улучшив условия деформируемости.

Общим правилом необходимо считать выбор для деформации

По данным работы [36] нельзя считать абсолютно правильным мнение, что в условиях процессов высокотемпературной деформа­ ции пластичность металла всегда снижается при переходе от.одно­ фазных систем к многофазным. Изучение аномалий пластичности метастабильных многофазных сплавов показало, что фазовые превра­ щения в процессе деформации могут либо охрупчивать сплав, либо

ная рекристаллизация метастабильных сплавов деформаций, а мета­ стабильность— необходимое условие для этого [61].

Таким образом, основная причина возникновения сверхпластично- *сти — структурные превращения в металлах и сплавах в процессе деформации [39].

14

Во время холодной деформации идет непрерывный рост показа­ телей прочности с одновременным снижением пластичности металла. Холодная деформация увеличивает электрическое сопротивление, уменьшает теплопроводность и коррозионную стойкость, изменяет магнитные свойства н т. д. Совокупность указанных изменений назы­ вается наклепом. Следовательно, явление наклепа порождается деформацией и поворотом зерен, их дроблением на блоки, взаимо­ действием и торможением дислокаций и других дефектов решетки,

которые в конечной стадии приво­ дят к образованию микротрещин, резко снижающих пластичность. В процессе холодной деформации возникает ориентированная струк­ тура (текстура) и поликристалл становится анизотропным.

Нагрев наклепанного металла вызывает повышение энергии теп­ ловых колебаний атомов, резуль­ татом чего является снятие иска­ жений и повышение пластичности металла после ряда последователь­ ных процессов: возврата, полигонизации и рекристаллизации [89]. При отдыхе (возврате) упрочне­ ние снимается на 20—30% без видимых следов изменений струк­ туры. Температурный порог воз­ врата составляет (0,2—0,3) ТПЛ°К,

арекристаллизации (0,4—0,55) Т„л° К для чистых металлов. Полигонизация занимает промежуточное положение между воз- ~

вратом ирекристаллизацией. Это самый низкотемпературный процесс, который уже заметно изменяет структуру наклепанного металла. При полигоиизацни происходят перераспределение и частичная аннигиляция дислокаций. Вслед за полигонизацией начинается процесс повышения структурного совершенства и уменьшения свободной энергии в пределах' данной фазы, совершающийся путем возникновения и движения (или только движения) границ блоков' с большими углами разориентировки, — рекристаллизация [9].

Рекристаллизация связана с зарождением и ростом новых зерен, что приводит к полному снятию искажений и возвращению металла в ненаклепанное состояние. Таким образом, рекристаллизация вызы­ вает повышение пластичности. Следует различать две стадии рекри­ сталлизации: рекристаллизацию обработки, в процессе которой пластичность возрастает, и собирательную рекристаллизацию, пред­ ставляющую собой процесс дальнейшего роста первичных зерен, что не благоприятствует повышению пластичности и зачастую даже приводит к ее интенсивному снижению. Чем выше температура наг­ рева и чем продолжительнее нагрев., тем крупнее получается зерно в результате собирательной рекристаллизации. Особенно интенсивно

16