Диссертация (1026057), страница 6
Текст из файла (страница 6)
1.11.Рис. 1.11. Графическое представление динамического восстановления (а) идинамической рекристаллизации (б) на кривой «напряжениедеформация» со схематическим изображением микроструктуры.Динамический возврат можно наблюдать на кривой деформирования какплощадку напряжения течения, которая возникает за счет динамическогоравновесия между темпами разупрочнения и упрочнения, Рис. 1.11, а). Напервом этапе деформации напряжения возрастают за счет возникновения ивзаимодействиядислокаций.Сувеличениемнапряженийразвиваетсяпоперечное скольжение винтовых дислокаций, что приводит к аннигиляцииотдельных дислокаций разного знака и группировке дислокаций в объемныеячейки, внутри которых плотность дислокаций меньше, чем в стенках ячеек.Таким образом, на начальной стадии деформации внутри исходных зеренформируется устойчивая субструктура.
С увеличением степени деформацииувеличиваетсяплотностьдислокацийвсубграницахирастут39кристаллографические разориентировки между субзернами, что в некоторыхслучаях приводит к трансформации субграниц в обычные высокоугловыеграницы зерен. В результате формируется новая мелкозеренистая структура.Динамической рекристаллизацией называют процесс формирования новыхзерен во время пластической деформации[107]. Поведение материала при этомпроцессе описано во многих работах.Для начала динамической рекристаллизации необходимо достижениенекоторого критического значения деформации. Это значение уменьшается сповышением температуры и уменьшением скорости деформации. Такимобразом,критическаядеформация,инициирующаядинамическуюрекристаллизацию, зависит от температурно-скоростных условий деформации,а также исходного размера зерен и химического состава.Насегодняшнийденьфеноменологическиразличаютнесколькомеханизмов динамической рекристаллизации.
Наиболее изучен механизмзарождения динамически рекристаллизованных зерен по границам исходныхзерен, механизм Бейли-Хирша[107]. Данный вид рекристаллизации называютпрерывистая динамическая рекристаллизация.В процессе деформации повышается плотность дефектов кристаллическойрешетки,дислокаций.Такимобразом,новыезернаобразуютсянабольшеугловых границах исходных зерен и растут, поглощая при этомдеформированную матрицу до столкновения друг с другом или до тех пор, покавнутренняя энергия растущих зерен не увеличится до общего уровня.Увеличение энергии в рекристаллизованных зернах связано с тем, что новыерастущие зерна деформируются вместе со всем образцом, и плотностьвнутризеренныхдислокацийвнихувеличивается.Придальнейшемдеформировании образца, уже в ранее рекристаллизованных и затемдеформированных зернах, формируются новые зародыши рекристаллизации.Такой характер процесса в некоторых случаях четко отражается на кривойдеформирования в виде периодического упрочнения и разупрочнения, чтосоответствует пику на кривой деформирования, Рис.
1.11, б). Полученная40микроструктура, в особенности размер зерна, варьируется в зависимости отусловий деформации [108].Наряду с прерывистой динамической рекристаллизацией различаютнепрерывнуюдинамическуюрекристаллизацию,котораяприводиткформированию ультрамелкозернистой структуры, но требует значительныхстепеней деформации. Формирование зеренной структуры при этом связано спостепеннойтрансформациейсубструктуры.Описаниемеханизмовизакономерностей непрерывной рекристаллизации приведено в работах [58, 83,86, 107]. Деформационное поведений в этом случае подобно динамическомувозврату, то есть на первой стадии деформации напряжения увеличиваются,при этом скорость деформационного упрочнения уменьшается, а затем, придостижении определенной степени деформации, деформирование проходит припостоянных напряжениях, а деформационное упрочнение практически ненаблюдается.Результаты исследования динамической рекристаллизации в аустенитныхсталях при температуре около 1000°С представлены в многочисленные работах[80, 108, 109].
Было установлено, что температура частичной рекристаллизации304L стали - около 700°С [109].1.4.2 Мартенситные сталиМартенситные нержавеющие стали обладает хорошей прочностью итвердостью, но имеют низкие пластические свойства. Тем не менее,уменьшение количества углерода в мартенситной стали может улучшить еепластические свойства. Однако лишь в некоторых работах представленыданные по свойствам мартенсита при температурах выше 300°С - 400°С.В работе [110] исследовано поведение стали в диапазоне температур от20°С до 600°С.41MPa11036895520Рис.
1.12. График «напряжение-деформация» для сплава 422 (С0,22, Cr-12,76 Ni-0,74, Mo-0,97, мас%) при различнойтемпературе, скорость деформации 10-3с-1 [110].Автор [110] отмечает, что снижение прочности было более выраженнымпри температурах выше 400°С, и предполагает, что для мартенсита существуеткритическая температура, выше которой пластическое течение значительноувеличивается за счѐт быстрого движения дислокаций. Однако при этомплотность дислокаций в пакетном мартенсите при повышении температуры от400°С до 700°С падает на порядок: с 1010 до 109 [111]. Кроме того, всемалоугловые границы в пакетном мартенсите представляют собой границыкручения, подвижность которых крайне мала [11], что препятствует получениюбольших деформаций в данных сталях.Этоттиптемпературно-активируемогодвижениядислокацийвмартенситных сплавах согласуется с наблюдениями, сделанными другимиисследователями [112 - 113].Вработе[40]приведенырезультатыиспытанийнарастяжениенизкоуглеродистой легированной стали 15-5PH при различных температурах сцелью установления механических свойств и параметров для моделированияпроцессов разрушения.42600°C700°CРис.
1.13. График «напряжения-деформация» для мартенситнойстали 15-5PH при температурах 600°C и 700°C[40].Авторотмечаетсильноевлияниетемпературынамеханическиехарактеристики мартенситной фазы стали. Также в работе показано, что привысоких температурах в мартенсите разрушение наблюдается при деформацияхменее 20%, при этом в аустените при данном уровне деформации разрушениянаблюдается только на микроуровне.1.4.3 Низкоуглеродистые мартенситные сталиНизкоуглеродистыемартенситныестали,такжеизвестныекаксупермартенситные стали [13], обладают редким сочетанием свойств высокойпрочности, коррозионной стойкости и хорошей свариваемости. Они все болеешироко применяются в нефтяной, газовой отраслях и гидроэлектроэнергетики.В некоторых работах описанымикроструктура и свойства свариваемостиподобных сталей [11, 12, 21, 39, 114]. Совсем немного внимания уделеномеханическим свойствам этих сталей при высоких температурах [40, 115].Богачев И.И.
[115] исследовал свойства низкоуглеродистой мартенситнойстали в зависимости от температуры и размера зерна. Химический состав сталиприведен в Таблице 1.3.43Таблица 1.3Химический состав стали 0X13H7, мас. %C0X13H7 0,04CrNiTiAlMnSiPS12,87,3--0,130,260,0090,01Было отмечено, что температура влияет на кривую «сила-удлинение», Рис.1.14. При температурах 800°С, 850°С после деформации зерна становятсяравноосными и одинакового размера, как и до деформации.Рис.
1.14. Влияние температуры на вид кривых силаудлинение: 1- 500 ° C; 2- 650 ° С; 3- 780 ° С;4- 900 ° С; 5- 1000 ° С [115].Рис. 1.14 показывает обычное влияние температурына кривуюрастяжения: повышение температуры приводит к увеличению удлинения иуменьшению напряжений.Влияние температуры на удлинение показано на Рис. 1.15.44Рис.
1.15. Влияние температуры на удлинение стали сразмером зерна 100-150мкм (1) и 1-5мкм (2)[115].Размер зерна имеет незначительное влияние на величину удлинения стали.Пики на кривой соответствуют температурам начала и конца фазового переходамартенсит-аустенит, который происходит в интервале температур от 600°C до680°C.1.5 Выводы к главе 11.
Анализработ,посвященныхисследованиюмикроструктурынизкоуглеродистых мартенситных сталей, показал, что:- данныйкласссталейимеетстабильнуюмартенситнуюмикроструктуру при комнатной температуре, однако в зависимости оттермической обработки данные стали могут иметь включения дельтаферрита и остаточного аустенита, которые могут влиять на кинетику имеханизм фазовых превращений в стали;- типичныетемпературыфазовыхпревращенийпринагревенаходятся в интервале 500°C - 800°C, в зависимости от скорости нагрева.Также механизм фазового превращения мартенсита в аустенит зависит отскорости нагрева.452. Внастоящеевремямеханическиесвойстванизкоуглеродистыхмартенситных сталей при высоких температурах недостаточно изучены, чтовызывает необходимость дополнительного их исследования с целью созданияматематической модели поведения материала.3. Мартенситные и аустенитные стали с аналогичным химическимсоставом могут быть использованыв качестве основы дляанализамеханических свойств низкоуглеродистых мартенситных сталей при высокихтемпературах.4.
Наоснованиисуществующихисследованиймартенситныхиаустенитных сталей со схожим химическим составом, можно предположить,что свойства низкоуглеродистых мартенситных сталей могут зависеть отразмера зерен и, следовательно, мелкозернистая структура может обеспечитьвысокую деформируемость.5. Ранее не было предложено модели деформирования низкоуглеродистоймартенситной стали в широком интервале температур, учитывающей влияниене только температуры и скорости деформации, но и фазового состава, котораяможет быть использована для последующего математического моделированияповедения материала в условиях горячей формовки.46Глава 2.Методика проведения и обработки результатовэкспериментальных исследований механических свойств материалапри высоких температурахВглаверассмотреныметодическиеаспекты,связанныесэкспериментальными исследованиями механических свойств сталей привысоких температурах.
Представлена экспериментальная установка. Описаныобразцы и условия проведения эксперимента, а также приведена методикаобработки и анализа полученных данных.2.1 Методика проведения экспериментальных исследованийОднимиизосновныхпараметроввысокотемпературногоформообразования заготовок деталей являются температура и скоростьдеформирования.сверхпластическогоИзготовлениедеталейдеформирования,методамикакправило,пластическогоилипроводитсяпритемпературах от 800°С до 1050°С.
Однако высокая температура обработкиможет привести к возникновению крупнозернистой структуры, особенно примедленномохлаждении,чтопонижаеткачествозаготовок.Скоростьдеформирования выбирается с учетом того, что ее снижение приводит куменьшению силы деформирования. Однако медленное проведение процессаформообразования приводит к чрезмерному охлаждению заготовки, чтонежелательно из-за повышения сопротивления деформации. Поэтому длясозданияматематическоймоделидеформированиянизкоуглеродистоймартенситной стали при высоких температурах с целью совершенствованияпроцесса изготовления крупногабаритных заготовок лопаток гидравлическихтурбин, необходимы исследования физико - механических свойств этих сталейв интервале температур от 600°C до 950°C и скоростей от 10-4 с-1 до 0.01с-1.47Автором были проведены испытания на растяжение при высокихтемпературах образцов из низкоуглеродистой мартенситной стали 01Х13Н4.Основнойцельюэтихисследованийявлялисьопределениеосновныхпараметров материала, таких как чувствительность к скорости деформации,влияние размера зерна и энергии активации деформации, а также установлениефункциональной зависимости напряжений от деформаций в интервалетемператур от 600°C до 950°C.Размер зерна может оказывать сильное влияние на свойства материала привысоких температурах [81- 83], поэтому сначала была проведена серияэкспериментов для образцов с разным размером зерна.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
