Диссертация (1026057), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Как это было показано в главе 1,энергия активации может указывать на процессы, которые контролируютдеформацию, поэтому для установления механизма деформирования оченьважно правильно определить энергию активации деформации. Для определенияэнергии активации наиболее часто используется следующее уравнение [121]: = ∙ = ∙ [ (/)](3.1)где ζ - напряжение течения, А – постоянная, зависящая от химического составаи первоначальном размере зерна, Z – параметр Зенера-Холломона, ε - скоростьдеформации, Q - энергия активации деформации, R - универсальная газоваяпостоянная, Т - абсолютная температура и m - параметр чувствительности кскорости деформации.Учитывая, что m - это отношение натурального логарифма напряжения кнатуральному логарифму скорости деформации при заданной температуре, а79также то, что чувствительность к скорости деформации является постоянной взаданном диапазоне температур (800°C - 940°C) и приблизительно равна 0,17, ипрологарифмировавобечастиуравнения,припостояннойскоростидеформации, энергия активации может быть выражена следующим образом:mQ/T = [δ ln σp /δ(1/T)], ε(3.2)Согласно этому уравнению, энергия активации может быть определена какнаклон кривой функции логарифма пикового напряжения (ln σ) от обратнойабсолютной температуры (1/T) при постоянной скорости деформации, какпоказано на Рис.
3.15. Пиковое напряжение было определено как максимальноенапряжение при скорости деформации 0,0004с-1 (Рис. 3.13).Значение энергии активации деформации, определенное вышеописаннымметодом - 340кДж/моль. Для мартенситной стали с 13%Cr[122] и аустенитныхлегированных сталей, таких как AISI 304 [123], энергия активации деформацииимеетзначение 410кДж/моль,адлянизкоуглеродистойсталиоколо323кДж/моль[124], и ассоциируется с энергией активации динамическойрекристаллизации. Найденное значение энергии активации несколько ниже,чем для аустенитной стали в связи с экстремально низким содержаниемуглерода, но выше, чем для низкоуглеродистой стали в связи с содержаниемлегирующих элементов.6 ln σ5,554,54ln σ=6968(1/T)-1,473,538,0E-041/1213 1/11738,5E-049,0E-041/T, K-11/10739,5E-04Рис.
3.15. Зависимость между логарифмом пикового напряженияи обратной абсолютной температурой при постояннойскорости деформации.80Изучение микроструктура в характерных зонах образцов после растяженияпри температурах 800°С и 940°С показало, что так же как и при растяжении притемпературе 850°С, размер и форма зерен одинаковы как в зоне однороднойдеформации, так и в зоне шейки образца. Следовательно, во время деформациипроисходит динамическая рекристаллизация. Это говорит о том, что аустенитимеет одинаковый механизм деформации во всем интервале температур от800°С до 940°С. Температура влияет только на начальный размер зерна иразмер кавитаций, которые увеличивают с увеличением температуры.Микроструктура зон разрушения представлена на Рис.
3.16.σа) 800°Cб) 940°CРис. 3.16. Зона шейки образцов после испытаний при а) 800°С и б) 940°С.Как видно из Рис. 3.16, основное различие между образцами испытаннымипри 800°С и при 940°С - это размер зерна, который в четыре раза больше при940°C, чем при 800°С. Сужение поперечного сечения после растяжения при800°С на 150 мкмбольше, чем при 940°C (700 мкм и 1190 мкмсоответственно). Форма шейки после испытаний при 940°С являетсянерегулярной и сужение поперечного сечения незначительно относительнозоныоднороднойдеформации,чтоможетуказыватькавитационных процессов с повышением температуры.наувеличениеСледует обратить81внимание, что образование кавитаций, возможно, является основным факторомразрушения для аустенитной фазы.Рис.
3.17 представляет собой зону шейки образцов в черно-беломконтрасте, чтобы качественно и количественно оценить наличие кавитаций.Белые области внутри образцов – это полости (кавитации).а) 800°Cб) 940°CРис. 3.17. Контрастное изображение зон разрыва при а) 800°С и б) 940°С.Из Рис. 3.17 видно, что образец после деформации при 940°С, имеетбольшие количество и размер кавитаций. При 800°С кавитации кажутсявытянутыми в направлении растяжения, тогда как при 940°С они выглядятменее ориентированным.Так как образцы имеют близкие истории нагружения (скачкообразноеизменение скорости деформации) и близкие деформации при разрушении (0,70,78), количество полостей может быть оценено в процентном соотношении взависимости от удаленности от линии разрыва, Рис. 3.18.3%2,521,510,500800°C940°C246расстояние от линии разрыва, мм8Рис. 3.18.
Количество кавитаций (%) в зависимости отрасстояния до линии разрыва.82Сумма полостей была рассчитана на заданном расстоянии от линииразрыва с шагом 1 мм.Рис.3.18показывает,чтоколичествокавитацийуменьшаетсясувеличением расстояния от линии разрыва, и в зоне однородной деформации(при удаление более, чем на 2 мм) оно не превышает 0,5%.3.2.1.2 Испытания при постоянной скорости деформацииИспытания при постоянной скорости деформации проводились дляопределения влияния скорости деформации на механизм деформации и дляопределения параметров уравнения состояния. На основании того, что при800°C сталь имеет мелкозернистую структуру и малое образование кавитаций,температура 800°C была выбрана для испытаний при постоянной скоростидеформаций.
Были испытаны три скорости деформации: 0,01с-1, 0,003с-1 и0,0004с-1. Результаты показаны на Рис. 3.19.1σ/σmax0,010,0030,00040,80,60,40,2ε000,10,20,30,40,50,6Рис. 3.19. Кривые деформирования при испытаниях нарастяжение при 800°С для различных скоростейдеформации.83Рис. 3.19 показывает, что упрочнение увеличивается с увеличениемскорости деформации.Результаты исследования поведения аустенита при высокой температурепоказали, что механизм деформации не зависит от размера зерна и имеетнизкую чувствительность к скорости деформации, близкую к 0,2.
Основываясьна этих фактах, можно предположить, что механизм деформации дислокационнаяползучесть.Однакоанализмикроструктуры,атакженайденное значение энергии активации деформации указывает на то, что вовремя деформации происходит процесс рекристаллизации.3.2.2 Результатыиспытанийнарастяжениеаустенитнойфазыпритемпературах ниже 800°СКак было показано ранее, при непрерывном нагреве полностьюаустенитная структура существует при температурах выше 800°С.
Однако, еслиматериал нагреть до температуры выше Ас3, а затем начать охлаждать, тоаустенитная микроструктура будет сохраняться до температуры началамартенситного превращения, т.е. до 250°С.0,01ε0,00500200400600испытание нарастяжениеT, C8001000-0,005Рис. 3.20.
Дилатометрическая кривая со схематическим изображениемтермоцикладомеханическихиспытанийдлясохраненияаустенитной микроструктуры при температурах ниже 800°С.84Если до испытания на растяжение нагреть образец на 30°С вышетемпературы Ас3, а затем охладить до температуры испытания, как это показанона Рис. 3.20,то можно исследовать свойства аустенита при температурах ниже800°С. Однако стоит отметить, что размер зерна аустенита при этом будетбольше.Для проведения механических испытаний была выбрана температура730°C, так как в двухфазном состоянии этой температуре соответствуетмикроструктура с содержанием аустенита примерно 50%.Результаты экспериментов представлены на Рис. 3.21.
Изменение скоростидеформацииприиспытанияхсоступенчатымизменениемскоростидеформации было проведено в соответствии с Таблица 3.6.σ/σmax1,210,80,60,4скачкообразное изменение0,0004с-10,2000,20,40,6εРис. 3.21. Кривые деформирования при постоянной искачкообразно изменяюшейся скорости деформациидля аустенита при 730°С.Из Рис. 3.21 видно, что кривые растяжения имеют заметное упрочнение.При постоянной скорости деформации после достижения максимальногонапряжения следует резкое снижение напряжений вплоть до разрушения.Однако на кривой растяжения, соответствующей скачкообразному изменениюскорости деформации, наблюдается область постоянных напряжений, а затемдолгое постепенное уменьшение напряжений разрушения. Это различие85связано с рекристаллизацией, которая происходит при более высоких скоростяхдеформации на первом этапе растяжения при испытании со скачкообразнымизменением скорости деформации.Чувствительность к скорости деформации, измеренная по этим кривым 0,12, что несколько ниже, чем чувствительность к скорости деформации дляболее высоких температур.
Можно заметить, что упрочнение аустенита (Рис.3.21) выше, чем во время испытаний при более высоких температурах (Рис.3.13).Так как поведение аустенита при 730°С схоже с поведением аустенита притемпературах 800°С и выше, можно предположить, что энергия активации при730°С такая же как и при800°С. Экспериментальная точка для 730°C,находится на той же кривой, что и все остальные точки, описанные впредыдущем разделе, как это показано на Рис.
3.22, что говорит о правильностипредположения.6 ln σ730 C5,554,5ln σ=6968(1/T)-1,4743,531/1213 1/11731/10738,0E-048,5E-049,0E-049,5E-041/T, K-1Рис.3.22.Зависимостьмежду1/10031,0E-03логарифмомпиковогонапряжения и обратной абсолютной температуройпри постоянной скорости деформации (точка 730°С)Рис. 3.22 показывает, что влияние температуры на логарифм напряженияпри постоянной скорости деформации при 730°С такое же, как и при болеевысоких температурах, значит, энергия активации - 340кДж/моль.86Следовательно, свойства аустенита при температурах от 700°С до 800°Смогут быть получены путем интерполяции свойств, определенных при болеевысоких температурах.3.2.3 Результаты испытаний на растяжение в интервале температур 680°С 800°С.В первом разделе было отмечено, что перед испытанием при температурахв двухфазном интервале образцы должны быть выдержаны не менее 30 мин длядостижения фазового равновесия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
