ПРОЦЕССЫ РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ ПОСЛЕ ХОЛОДНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ НА ПРИМЕРЕ СТАЛИ И ЛАТУНИ

​АННОТАЦИЯ

В статье выявляется связь между степенью деформации, твердостью и плотностью пластичных материалов таких, как сталь 08ЮА и латунь Л63. Так же устанавливается влияние температуры нагрева и времени выдержки на микроструктуру холоднодеформированных металлических материалов и определяется критическая степень деформации.

Ключевые слова: холодная пластическая деформация (ХПД); рекристаллизационный отжиг; наклеп; критическая степень деформации.

Введение

Прокатка – одна из наиболее распространенных операций деформирования: около 90 % выплавляемой стали и более 50 % цветных металлов [1, с. 221] подвергаются ей.

Прокатку в холодном состоянии осуществляют при малой толщине прокатываемого листа. Это позволяет избежать повышения температуры в деформационной зоне и последующих структурных изменений в прокатываемом материале [2, с. 28]. Как правило, после ХПД для стали применяют рекристаллизационный отжиг, температуру которого определяют относительно температуры плавления сплава. В ходе ХПД происходит наклеп металла, что сопровождается размножением дислокаций. Это сказывается на такой физической характеристике, как плотность. Справочные характеристики плотности материалов: для 08ЮА – 7860 кг/м³, для Л63 – 8440 кг/м³.

Наклепанное состояние термодинамически неустойчиво. Поэтому при нагреве происходит устранение избыточной энергии и дефектов путем элементарных процессов: перемещением дислокаций, вакансий, границ субзерен и зерен. При ХПД и последующем отжиге можно столкнуться с критической степенью деформации. Критическая степень деформации – минимальная степень деформации, выше которой при нагреве становится возможным протекание процесса первичной рекристаллизации. Обычно она находится в интервале 3-8 % [3, с. 86-87].

Методики исследования

Для рекристаллизационного отжига деформированных образцов было выбрано 3 режима: время выдержки – общее, 30 минут; температуры варьировались: 100 ℃, 350 ℃, 550 ℃. Каждый режим был применен на образцах 08ЮА и Л63 с различной степенью ХПД (10; 30; 75 %).

Для исследования были применены: металлографический анализ, рентгеноструктурный анализ для определения уровня напряжений I рода, гидростатическое взвешивание как косвенный метод определения изменений в субструктуре и измерение твердости методом Роквелла как показатель наклепа.

Результаты исследований

После ХПД и перед отжигом были измерены следующие характеристики: твердость, плотность (рис. 1), уровень механических напряжений (рис. 2). Рис. 1, а показывает, что в обоих случаях твердость материала увеличивается при увеличении степени ХПД. Изменение плотности неоднозначно (рис 1, б): плотность сначала возрастает, что связывается с устранением несплошностей. Затем плотность начинает снижаться, т.к. возрастает число вакансий, дислокаций, а при больших степенях деформации – субмикротрещин.

Рисунок 1. Изменения физико-механических характеристик для 08ЮА и Л63: а) твердость; б) плотность

Рентгеноструктурный анализ показал наличие сжимающих напряжений во всех деформированных образцах. По рис. 2 видно, что внутренние напряжения в наибольшей степени представлены в стали. Вероятно, это связано с кристаллической решеткой. Сталь 08ЮА представлена преимущественно ОЦК-фазой, в это же время латунь Л63 содержит фазу с ГЦК-решеткой. Именно эта фаза обладает наибольшим числом систем скольжения, что позволяет металлу сбрасывать напряжения наиболее эффективно.

Рисунок 2. Зависимость значений напряжений от степени деформации для образцов из стали 08ЮА и латуни Л63

На рис. 3-2 показаны микроструктуры исследуемых образцов после проведения ХПД с разными степенями деформации и отжига. На рис. 3 показана зависимость размера зерна в зависимости от степени ХПД при разных температурах отжига для стали 08ЮА и латуни Л63. Видно, что в обоих случаях есть максимум, который находится в точке со степенью ХПД 10 %. Это говорит о том, что данная степень ХПД для обоих сплавов входит в диапазон критических значений. Наибольший рост зерна наблюдается для всех степеней ХПД после отжига, который проводился при температуре 550 ℃.

Рисунок 1. Микроструктуры отожженных образцов из стали 08ЮА, ×500: температуры: а)-в) 100℃; г)-е) 350℃; ж-и) 550℃; степени деформации: а), г), ж) 10 %; б), д), з) 30 %; в), е), и) 75 %

Рисунок 2. Микроструктуры отожженных образцов из латуни Л63, ×500: температуры: а)-в) 100℃; г)-е) 350℃; ж-и) 550℃; степени деформации: а), г), ж) 10 %; б), д), з) 30 %; в), е), и) 75 %

Рисунок 3. Зависимость размера зерна от степени деформации при различных температурах отжига: а) для стали 08ЮА; б) для латуни Л63

Заключение

1. В ходе исследования влияния ХПД на структуру и свойства стали 08ЮА и латуни Л63 установлено, что ХПД увеличивает твердость образцов, внутренние напряжения. Плотность в зависимости от ХПД изменяется нелинейно: возрастание значений связано с закатыванием дефектов, а снижение – с разрыхлением структуры на субмикро- и микроуровнях. Но все это указывает на протекание процессов наклепа;

2. Внутренние напряжения наиболее выражены в стали 08ЮА, чем в латуни. Это связано с преобладающей кристаллической решеткой.

3. Критической степенью деформации при проведении рекристаллизационного отжига как для стали 08ЮА, так и для латуни Л63 является степень деформации 10 %.

4. Температура 550 ℃ обеспечивает рекристаллизацию как стали 08ЮА, так и латуни Л63. Температура 350 ℃ является температурой полигонизации, а температура 100 ℃ соответствует стадии отдыха.

Список литературы:

1. Богодухов, С.И. Технологические процессы в машиностроении: учебник/ С.И. Богодухов, А.Г. Схиртладзе, Р.М. Сулейманов, А.Д. Проскурин. – Старый Оскол, 2013. – 624 с.
2. Булыжев Е.Н. Прокатка листового металла. Технологическое обеспечение процесса прокатки. Новое поколение высокоэффективных систем очистки больших объемов водных технологических жидкостей и стоков. Часть 1 / Е.М. Булыжев, [и др.]. – Ульяновск: УлГТУ, 2009. – 186 с.
3. Гуляев, А.П. Металловедение: учебник/А.П. Гуляев. – М.: Металлургия, 1986. – 544 с.