Диссертация (1026057), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Было показано, что двухэтапная деформирование (сначала деформация свысокой скоростью, а затем с низкой) обеспечивает уменьшение длительностидеформации примерно на 30% и увеличение однородной деформации.105Глава 4.Определение и верификация уравнения состояниянизкоуглеродистой мартенситной стали в широком диапазонетемпературКак было показано в предыдущихглавах, в интервале температур от650°C до 950°C, сталь претерпевает фазовое превращение. На основеэкспериментального исследования было установлено, что морфология ифазовыйсоставсталивлияютнаегомеханическиехарактеристики.Следовательно, необходимо определить уравнение состояния для каждогоинтервала температур, в соответствии с фазовым составом стали.
Обзорметодов, которые описывают свойства однофазных и двухфазных материалов,приведены в главе 1.В настоящей главе представлено определение уравнений состояния стали сучетом морфологии и фазового состава, а также проведена верификацияполученных уравнений.4.1 Формулировка уравнений состоянияКак показало экспериментальное исследование, характеры зависимостейнапряжений от деформаций для мартенситной и аустенитной фазы сильноотличаются. Следовательно, для каждой из фаз требуется определить уравнениесостояния, которое будет описывать поведение материалав заданноминтервале температур.
А для интервала температур, в котором существуют обефазы, необходимо подобрать уравнение состояния, учитывающее свойстваобоих фаз, их количественное соотношение и морфологию.Также было установлено, что изменение размера зерна с 50мкм до 6 мкмне существенно влияет на механические свойства стали, поэтому в уравнениисостояния можно не учитывать влияние размера зерна.106Основываясь на этих фактах и результатах более ранних исследований, дляописания поведения материала при деформировании при высоких температурахбыл выбран закон степенной ползучести.Для определения вида и параметров уравнения были использованырезультатыэкспериментовЭкспериментальныедеформациикривыеиспользовалисьспостояннойсоскачкообразнымдляскоростьюверификациидеформации.изменениемполученныхскоростиуравненийсостояния.Параметры материала, такие как чувствительность к скорости деформациии энергия активации были определены экспериментально, как показано в главе3.
Параметры уравнений состояния были определены методом аппроксимацииэкспериментальных кривых. В данной работе для определения параметровуравнения использовался метод наименьших квадратов. Все параметрыуравненияопределялисьвзонеоднороднойдеформациипоэкспериментальным кривым при постоянной скорости деформации.4.1.1 Уравнение состояния для аустенитаВ низкоуглеродистой мартенситной сталиаустенит существуетвдиапазоне температур от 800°С до 1200°С. Однако установлено[59, 116], чтопосле 950°С начинается активный рост зерен и возрастает подвижностьдислокаций, что в свою очередь может приводить к изменению механизмадеформации. Поэтомуполученное уравнение состояния может бытьиспользовано только для описания поведения материала при температурахниже 950°С.Кривые деформирования, приведенные на Рис.
3.13 и Рис. 3.21 , имеютзаметноеупрочнение.Теоретическоеописаниетакогородакривыхсоответствует теории ползучести упрочнения со следующим соотношениеммежду скоростью деформации ползучести, температурой, напряжением идеформацией ползучести:107 = 2 2 2/(4.1)где ζA - напряжение, ε – деформация ползучести, - скорость деформацииползучести, m2 – чувствительность к скорости деформации (аустенитной фазы),n - параметр упрочнения, Q2 – энергия активации деформации для аустенитнойфазы; R - универсальная газовая постоянная; АA - эмпирическая константа.Энергияактивациидеформацииичувствительностькскоростидеформации были определены в главе 3 и повторно приведены в Таблице 4.1.Таблица 4.1Энергия активации и чувствительность к скорости деформацииаустенитной фазы.Q2, кДж/мольm23400,17Как было упомянуто выше, экспериментальные кривые при постоянныхскоростях деформации были использованы для определения параметрадеформационного упрочнения и нахождения эмпирической константы А.
Дляэтого уравнение (3.6) может быть записано в упрощенном виде: = (4.2)где А – эмпирическая константа при заданной температуре и скоростидеформации: = 2 2 2/(4.3)Параметр упрочнения может зависеть от температуры и скоростидеформации, поэтому определение параметра упрочнения должно бытьвыполнено при различных скоростях деформации и различных температурах.Основываясь на этих фактах, для определения параметров A и n использовалисьэкспериментальные кривые в интервале температур от 800°C до 940°C прискоростях деформации 0,0004 с-1 - 0,003с-1.Значения параметра А и n, определенные методом наименьших квадратов,и параметра Aa - из уравнения (3.7) представлены в Таблице 4.2.108Таблица 4.2Значение параметров A,Aa и nT, C800810850880940скорость0,0030,00040,00080,00040,0008A, МПa259,98172,93178,15116,5196,01AA, МПa/с-1·m1,0561,051,211,0461.033n0,160,150,170,140,15деформации, с-1Как и ожидалось, параметр A зависит оттемпературы и скоростидеформации, а параметры Аа и n существенно не зависят от температуры искорости деформации, таким образом, для дальнейших расчетов возьмемсреднее значение этих параметров.Таблица 4.3Параметры уравнения состояния для аустенитной фазы.AA, MПa/с-1·m1.08±0.03Q2, кДж/мольm2n3400,170.15±0,01Сравнение теоретических и экспериментальных результатов, показаны наРис.
4.1. Экспериментальные кривые показаны сплошными линиями, арезультаты расчета по уравнению (3.6) с параметрами из Таблицы 4.3 показаныпунктирными линиями. Так как определение параметров проводилось дляобласти однородной деформации (что соответствует деформации ниже 0,3), товэтойобластитеоретическиекривыехорошосогласуютсясэкспериментальными, а затем предсказывают более высокие напряжения, таккак не учитывается образование шейки.109σ/σmax1,2экспериментальные кривыерезультаты расчета1800°C0,8880°C0,6940°C0,40,2ε000,10,20,30,40,50,60,70,8Рис. 4.1. Сравнение экспериментальных и теоретических кривых прииспытании с скачкообразным изменением скорости деформациипри 800°С, 880°С и 940°С.Однако при повышенных температурах, ошибка между теоретическимрасчетом и экспериментальными кривыми начинает увеличиваться вследствиеизменения механизма деформации.
Как было отмечено ранее, при повышенныхтемпературах (>940°С) энергия активации значительно нижеи, последостижения критической плотности дислокаций, при некотором значениивеличины деформации начинается процесс динамической рекристаллизации.Приэтомможетнаблюдатьсяснижениенапряжениясувеличениемдеформации, что приводит к изменению вида кривой. Поэтому полученныепараметры уравнения состояния хорошо описывают поведение аустенитнойфазы в интервале температур 800°С - 940°С и неприменимы для описанияповедения при более высоких температурах.1104.1.2 Уравнение состояния для мартенситаНа основании экспериментальных данных и предыдущих исследований[40, 110], при температуре выше 650°С поведение мартенсита резко изменяется,что обусловлено активацией движения дислокаций. Таким образом, толькорезультаты исследования при температурах выше 650°С могут бытьиспользованы для интерполяции свойств мартенсита для более высокихтемператур.Из Рис.
3.28 видно, что кривые деформирования мартенсита не имеютупрочнения, что согласуется с результатами более ранних исследований [40,110]. Теоретическое описание такого рода кривых соответствует теорииползучести без упрочнения:M = M 1 1 m1/(4.4)где ζM – напряжение, m1 – чувствительность к скорости деформации длямартенситной фазы, Q1 – энергия активации деформаций мартенситной фазы,AM - эмпирическая константа.Энергияактивациидеформацииичувствительностькскоростидеформации были определены в предыдущем разделе. Эмпирическая константаAM была найдена методом наименьших квадратов по экспериментальнымкривым с постоянной скоростью деформации. Найденные значения параметровуравнения состояния для мартенситной фазы приведены в Таблице 4.4.Таблица 4.4Значение параметров уравнения состояния мартенситаAM, MПa/с-1·mQ1, кДж/мольm11,85±0,033300,14Результатыиспытанийсоскачкообразнымизменениемскоростидеформации при 680°С (скорости деформации по шагам: 0,001 с-1 - 0,0004 с-1 0,0006 с-1) были выбраны для верификации найденных параметров, какпоказано Рис.
4.2.1111,2σ/σmax10,8680°C0,60,4экспериментальнаякриваярезультаты расчета0,2ε000,10,20,30,40,50,6Рис. 4.2: Сравнение экспериментальных и теоретических кривых прииспытаниисоскачкообразнымизменениемскоростидеформации при 680°С .Из Рис. 4.2 видно, что теоретическая оценка напряжений по найденнымпараметрам уравнения состояния (3.9) предсказывает более высокий уровеньнапряжений,чемэкспериментальный.Этоможетбытьсвязаносразупрочнением вследствие динамической рекристаллизации, которая неучитывается в уравнениях состояния.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
