X-PDF

Лекция 10. Тема № 6. «Особенности горячей деформации металлов и сплавов»

Поделиться статьей

Тема № 6. «Особенности горячей деформации металлов и сплавов».

Процессы, происходящие при горячей деформации стали. Упрочнение, разупочнение. Виды разупрочнения – статическое и динамическое. Влияние условий окончания деформации на структуру и свойства горячедеформированного металла. Зависимость между размером зерна и полученными механическими свойствами. Явления неоднородности и сверхпластичности при горячей деформации. Особенности горячей деформации углеродистых и легированных сталей. Другие виды деформации – теплая деформация, НТМО, ВТМО и др.

МЕХАНИЗМ ГОРЯЧЕЙ ДЕФОРМАЦИИ

— деформация проходит за несколько проходов (прокатка, ковка, объемная штамповка) – ступенчато:

— деформация осуществляется через определенные промежутки времени .

— температура деформации в каждом последующем проходе ниже .

— во время промежутка между деформациями происходит частичное восстановление структуры .

— окончательная структура формируется при наложении статических и динамических рекристаллизационных процессов.

При деформации в горячем (аустенитном) состоянии происходит:

-увеличение плотности дислокаций (наклеп) .

— перестройка и перераспределение дислокаций (разупрочнение).

Наклеп в процессе деформации

Разупрочнение в процессе деформации и после нее Процессы накладываются друг на друга

В первой клети (высокая температура, малые степени деформации)

Упрочнение происходит внутризеренное скольжение дислокаций, двойникование.

Образуется ячеистая структура.

Разупрочнение:

При ε &lt . 10 % — динамическая полигонизация. Если плотность дислокаций не достигла критической величины, рекристаллизация не происходит.

При ε = 25-30 % — неоднородное накопление дислокаций – возможность начала динамической рекристаллизации.

При ε = 35- 50 % при наклепе образуется развитая ячеистая структура.

Разупрочнение происходит путем динамической рекристаллизации (первичной). При этом происходит перемещение большеугловых границ и их рассыпание (коалисценция зерен).

При последующей деформации в рекристаллизованных зернах опять увеличивается плотность дислокаций (наклеп) и в дальнейшем опять происходит разупрочнение.

Динамическая рекристаллизация никогда не приводит к полному разупрочнению, т.к. в структуру вводятся новые дислокации.

После окончания деформации структура субзерна рекристаллизации, -вытянутые в направлении деформации.

Субзерна по разному ориентированы в направлении деформации. Углы разориентировки от 9 до 500.

Возможно прохождение собирательной динамической рекристаллизации.

Это нежелательно т.к. приводит к разнозернистости.

В процессе прохождения заготовки между первой и второй клетями происходят статические возврат и рекристаллизация, (т.к. температура при выходе из первой клети намного больше температуры рекристаллизации).

При малых степенях деформации ε ≈ 10% — статическая полигонизация.

При ε ≈ 20% статическая полигонизация и рекристаллизация.

При ε &gt . 20 % — статическая рекристаллизация (собирательная и первичная).

Во второй клети те же процессы динамического упрочнения и разупрочнения (температура деформации ниже). Процессы происходят медленнее т.е. степень разупрочнения () меньше.

В последующих клетях Т0С, (), динамическая рекристаллизация происходит медленнее.

Статическая рекристаллизация зависит от температуры и длительности пауз (от скорости прокатки).

ОСОБЕННОСТИ ГОРЯЧЕЙ ДЕФОРМАЦИИ

Вид деформации Т 0С
Холодная &lt . 0,3-0,5 Тпл
Горячая &gt .0,3-0,5 Тпл

малые скорости деформирования

I – стадия упрочнения

II – отсутствие упрочнения (σ = const)

1 – 0,5 Тпл . 2 – 0,6 Тпл . 3 – 0,7 Тпл . 4 – 0,8 Тпл.

При высоких температурах подвижность точечных и линейных дефектов высока. Это приводит к разупрочнению в процессе горячей деформации.

Стадии разупрочнения:

1. Динамический возврат {отдых, полигонизация}

2. Динамическая рекристаллизация {первичная, вторичная, собирательная}.

На I этапе упрочнения при малых степенях деформации происходит увеличение количества дислокаций, их перемещение, пересечение друг с другом, что приводит к образованию ячеистой структуры.

При горячей деформации одновременно происходят процессы упрочнения и разупрочнения, что связано с высокими температурами. При малых степенях деформации преимущественно происходят процессы упрочнения (увеличение плотности дислокаций, скопление дислокаций по границам зерен, образование линий поперечного скольжения, порогов и образование ячеистой структуры). В связи с большой подвижностью дислокаций при этом происходит и их частичное уничтожение.

С увеличением температуры и степени деформации – плотность и подвижность дислокаций увеличивается, что приводит к равной скорости генерирования и аннигиляции дислокаций – период устойчивого деформирования.

В зависимости от температуры и степени деформации образование ячеистой структуры происходит по-разному.

I – дислокационные клубки и слаборазвитые ячейки

II – хаотическое распределение дислокаций

III – переходная структура

IV, V – развитая ячеистая структура

V – оптимальные режимы деформации

Т.е. при горячей деформации процессы упрочнения практически всегда сопровождаются процессами разупрочнения, динамическим возвратом и динамической рекристаллизацией.

Взаимодействие процессов упрочнения и разупрочнения зависит:

1. От температуры

2. От степени деформации

3. От скорости деформирования – при малых скоростях деформирования металл успевает полностью разупрочняться, а при больших – частично.

Динамический возврат заключается в образовании субзерен и их росте, рекристаллизации – в возникновении центров рекристаллизации и их дальнейшем росте: первичная, собирательная, вторичная. При горячей деформации также образуется текстура деформации.

Окончательный размер зерна в горячедеформированных металлах зависит от скорости деформации, степени и температуры, температуры окончания деформации.

После окончания деформации до полного охлаждения металла – также протекают рекристаллизационные процессы – статическая рекристаллизация (и в перерывах между операциями деформации).

НЕОДНОРОДНОСТЬ ДЕФОРМАЦИИ

В условиях деформирования поликристаллического вещества деформация протекает неравномерно в разных зернах, в различных участках зерен и различных участках металла. Отсюда следует различность неоднородности трех видов.

I рода – Субкристаллическая неоднородность – в пределах зерна.

Рассмотрено ранее. Даже при степени деформации в 1% в разном зерне можно обнаружить участки, отличающиеся по степени деформации в 10 раз.

II рода – Микроскопическая неоднородность – определяется взаимодействием зерен.

Рассмотрено ранее. Даже при степени деформации в 20% в структуре можно обнаружить зерна со степенью деформации от 0% до 70%.

При повышении температуры деформации – неоднородность увеличивается.

Обусловлено, кроме рассмотренных ранее факторов, наличием жестких и пластичных фаз (Ф и Ц).

III рода – Макроскопическая неоднородность – определена характером внешнего деформирующего воздействия.

При сжатии образца на 25% по высоте деформация может изменяться от 10% до 50 %.

При каждом виде деформации можно выделить очаг, в котором она локализована

Коэффициент показания деформации:

Представленная информация была полезной?
ДА
60.25%
НЕТ
39.75%
Проголосовало: 1263

Постоянно изменяется

Ψ, % К
&lt . 20
20-60
60-90  

I фактор — т. о. на разных этапах деформации скорость течения металла неодинакова

II фактор — влияние сил трения между металлом и поверхностью инструмента

На силу трения влияют: температура инструмента, его размер, смазка.

где а – вход металла в валки .

b – выход металла из валков .

lk – поверхность контакта металла с валками.

1 – ось полосы

2 – поверхность полосы

Неоднородность приводит к возникновению остаточных напряжений I, II, III рода, которые могут приводить к образованию трещин, снижению пластичности и неоднородность упрочнения.

ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ОКОНЧАНИЯ ДЕФОРМАЦИИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА СТАЛЕЙ

ВЛИЯНИЕ ПЕРВОНАЧАЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ НАГРЕВА ПЕРЕД ДЕФОРМАЦИЕЙ:

При первоначальном нагреве металла выше критических температур, сталь приобретает крупнозернистую аустенитную структуру. В процессе последующей деформации и охлаждения, температура снижается и происходит превращение аустенита в феррито-цементитную смесь, при этом: чем крупнее были зерна аустенита, тем крупнее получается и феррито-цементитные зерна.

ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ДЕФОРМАЦИИ:

Скорость деформации влияет на процессы структурообразования на всех этапах деформирования.

Чем выше скорость деформации, тем меньше успевают пройти процессы динамического разупрочнения.

Особенно важно это влияние при деформации в последнем и предпоследнем проходах.

ВЛИЯНИЕ СТЕПЕНИ ДЕФОРМАЦИИ:

При больших степенях деформации быстрее происходят рекристализационные процессы, следовательно, быстрее металл разупрочняется.

ВЛИЯНИЕ ВРЕМЕНИ ВЫДЕРЖКИ МЕЖДУ ДЕФОРМАЦИЯМИ:

Время выдержки влияет на возможность прохождения статической рекристаллизации.

Чем больше временной интервал между деформациями, тем больше разупрочнение металла.

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ОКОНЧАНИЯ ДЕФОРМАЦИИ:

При выборе температуры окончания деформации следует обращать внимание на:

1) возможность процессов статической рекристаллизации при последующем охлаждении .

2) образование той или иной структуры при охлаждении (диаграмма Fe – C).

Для доэвтектоидной стали температура окончания деформации находится между А1 и А3.

Для эвтектоидной стали – чуть выше А1.

Для заэвтектоидной стали – между А1 и АСm, но чтобы не образовывалась цементитная сетка (точка 2).

ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ ПОСЛЕ ДЕФОРМАЦИИ:

Скорость охлаждения после деформации приводит к образованию феррито-цементитной структуры с разным размером пластинок.

Чем быстрее охлаждение, тем мельче феррито-цементитная структура, следовательно, выше прочность, ниже пластичность.

При сматывании листа в рулоны скорость охлаждения в центре рулона и на поверхности существенно отличается.

Для получения одинаковой температуры и структуры, рулон не сматывают плотно, оставляя воздушный зазор между слоями.

При выборе режима окончания деформации, обращают внимание на процесс окалинообразования. Минимальное количество окалины образуется при температуре 700*С. Поэтому охлаждение до этой температуры проводят более быстро.

Вывод:

1) необходимые технологические параметры деформации зависят от того, какие свойства и структуру мы должны получить .

2) рассматривать влияние технологических параметров на структуру и свойства можно только в комплексе.

КОНТРОЛИРУЕМАЯ ПРОКАТКА

При подборе температурно — скоростных условий деформации и охлаждения важно регулировать процесс структурообразования.

Контролируемойназывается прокатка которую проводят в строго определенном режиме для получения мелких, однородных зерен с заданными параметрами структуры (размер зерен, распределение дислокаций)

При этом изменяют:

1) температура нагрева стали .

2) распределение температуры и степени деформации по клетям .

3) величины пауз между клетями и последеформационной выдержке .

4) температура конца прокатки и смотка .

5) скорость охлаждения.

Это приводит к повышению прочности на ≈20%, пластичности и вязкости на ≈30%.

Уравнение Холла- Петча должно быть дополнено:

где К1 – коэффициент определяет вклад субграниц в развития деформации .

dc – средний размер субзерен .

n – коэффициент равный для Fe 1,03-0,05 . для низколегированного 0,98-0,03.

Влияние dc иногда превышает влияние D3.

Т.о. свойства стали изменяются только благодаря измельчению зерен и за счет создания полигональной структуры.

Конечный размер D3 регулируют следующие параметры.

1) температуру нагрева перед прокаткой. Понижение ее уменьшает размер зерна А→ и П (от 1250 до 1050 0С на 1 балл).

2) степень деформации. Увеличение степени деформации в последних клетях → → ≤ D3.

Режим контрольной прокатки должен исключать динамическую собирательную рекристаллизацию. Помогает легирование (нитридо и карбонитридообразующих элементов).

Температуры нагрева и конца прокатки должны привести к выделению дисперсных соединений. Подбираются опытным путем Т0С кп – 950-850 0С . общая степень деформации – 50-70%. В конце ускоренное охлаждение.

При одинаковом размере зерна прочность выше у металла с развитой полигональной структурой.

С увеличением ε — dc меньше, θ – больше (повышается плотность дислокаций). Изменения зависят от температуры. Чем больше температура тем медленнее уменьшается dc.

Эффект упрочнения за счет создания малоподвижных дислокаций и создания атмосфер Котрелла (динамическое деформационное старение). Максимальное упрочнение при 3000С (синеломкость). Температура деформации не должна совпадать.

Особенности теплой деформации.


Поделиться статьей
Автор статьи
Анастасия
Анастасия
Задать вопрос
Эксперт
Представленная информация была полезной?
ДА
60.25%
НЕТ
39.75%
Проголосовало: 1263

или напишите нам прямо сейчас:

Написать в WhatsApp Написать в Telegram

ЯТТС-Рекомендации по написанию отчета по учебной и производственной практики-Гостинечное дело

Поделиться статьей

Поделиться статьейПоделиться статьей Автор статьи Анастасия Задать вопрос Эксперт Представленная информация была полезной? ДА 60.25% НЕТ 39.75% Проголосовало: 1263


Поделиться статьей

ЮУрГУ-вопросы

Поделиться статьей

Поделиться статьейПоделиться статьей Автор статьи Анастасия Задать вопрос Эксперт Представленная информация была полезной? ДА 60.25% НЕТ 39.75% Проголосовало: 1263


Поделиться статьей

ЮУГУ-Отчет_ПП-Машины непрерывного транспорта

Поделиться статьей

Поделиться статьейПоделиться статьей Автор статьи Анастасия Задать вопрос Эксперт Представленная информация была полезной? ДА 60.25% НЕТ 39.75% Проголосовало: 1263


Поделиться статьей

ЮУГУ- Курсовой проект по электронике

Поделиться статьей

Поделиться статьейПоделиться статьей Автор статьи Анастасия Задать вопрос Эксперт Представленная информация была полезной? ДА 60.25% НЕТ 39.75% Проголосовало: 1263


Поделиться статьей

ЮУГУ-ВКР-Обеспечение требований охраны труда на рабочем месте слесаря-ремонтника 5 разряда

Поделиться статьей

Поделиться статьейПоделиться статьей Автор статьи Анастасия Задать вопрос Эксперт Представленная информация была полезной? ДА 60.25% НЕТ 39.75% Проголосовало: 1263


Поделиться статьей

или напишите нам прямо сейчас:

Написать в WhatsApp Написать в Telegram
Заявка
на расчет