Диссертация (1026057), страница 7
Текст из файла (страница 7)
А затем была выбранагруппа образцов с наименьшим размером зерна для определения влиянияморфологии и фазового состава.Как было показано в главе 1, ползучесть может происходить понескольким механизмам, каждый из которых описывается определеннымнабором параметров материала. При этом одним из основных параметровявляетсячувствительностькскоростидеформации.Поэтомудляееопределения, а также для последующей верификации полученных уравненийдля каждого интервала температур, были проведены эксперименты соступенчатым изменением скорости деформации.Испытания включали в себя следующие этапы:1.
Созданиевакуумадляпредотвращенияокислениявовремяэксперимента.2. Нагрев образцов до температуры испытания. Нагрев производился впечах испытательных машин.3. Выдержка образца в печи. Выдержка проводилась для установленияоднородной температуры, а также для установления фазового равновесия вдвухфазных интервалах температур.4.
Растяжениеобразцадоразрушения.Впроцессерастяженияфиксировалась сила и относительное перемещение захватов испытательноймашины.485. Охлаждение образца до комнатной температуры в печи машины.6. Численная обработка экспериментальной зависимости силы растяженияот относительного перемещения захватов с целью определения параметровматериала и функциональной зависимости напряжений от деформации.7. Микроструктурноеисследованиедеформированногообразцадляустановления механизма ползучести и изучения механизма разрушенияобразцов.2.1.1 Испытательная установкаИспытания проводились на установке Zwick/Roelle Z100, показанной наРис.
2.1. Для измерения осевых деформаций образца использовалисьвнутренние датчики перемещений, имеющие обратную связь с системойнагружения, что обеспечивало поддержание постоянной скорости деформации,точность определения деформации – 1мкм, точность задания нагрузки – 1%.Схема установки образца показана на Рис.
2.2. Захват представляет собойсистему из двух керамических стержней, на которые опираются плечикиплоского образца в виде двойной лопатки.Нагружение образцов, в зависимости от цели испытания, велось доразрушения, либо до достижения заданного удлинения. Сила и осеваядеформация регистрировались ПК автоматически с интервалом от 10 изм/сек до1 изм/сек, в зависимости от скорости деформацииДля проведения испытаний при высоких температурах, установка быладополнительно оборудована печью и вакуумным насосом. Вакуумный насосспособен создавать вакуум до 10-6 мбар с точностью 0.1%. Температура печиот 20°C до 1500°C со скоростями нагрева от 1°C/мин до 20°C/мин и точностьюзаданиятемпературы1°C.эксперимента осуществлялсяКонтрольтемпературыобразцавовремяс помощью контактных термопар, схемарасположения термопар показана на Рис. 2.2.49Рис. 2.1.
Общий вид установки Zwick100, использованнойдля испытаний на одноосное растяжениеFтермопара№1перемещение,,ммтермопара №2термопара №3 – температура печи, °CРис. 2.2. Схема крепления образца и установкиконтактных термопар.Контроль заданной температуры эксперимента осуществлялся с помощьютермопары №2, дополнительное измерение температуры рабочей зоны образцапроводилосьс помощью термопары №1.
Такое расположение термопарпозволяло убедиться в однородности температуры нагрева рабочей зоны50образца. Термопара №3 использовалась для измерения температуры печи сцелью контроля перегрева.2.1.2 Образцы для испытанийИспытания проводились на плоских образцах с размером рабочей части10x2,5x1,75мм, геометрия образцов была получена методом электроэрозии,эскиз образцов представлен на Рис. 2.3.Для исследования влияния размера зерна на механические характеристикистали при повышенных температурах были исследованы четыре группыобразцов с размером зерна 35±11мкм, 20±5мкм, 8±2мкм и 6±2мкм,соответственно. Образцы первой группы с размером зерна 35±11мкм являютсяисходными образцами.
Образцы второй, третьей и четвертой группы былиполученыаустенизациейиметодомтермоциклическойобработкивсоответствии с результатами предыдущих исследований [116].2,5 ммпоперечное сечение7 мм20 мм1,75±0,1 мм10±0,1 мм30 мм60 мм2,5 ±0,2 ммРис. 2.3. Эскиз образца для испытаний на растяжениеПри комнатной температуре все образцы состоят из мартенсита и δферрита (5-10%).
Присутствие в стали δ - феррита с объемной долей 5-10% небыло принято во внимание при изучении деформирования стали при высокихтемпературах, так как в более ранних работах [28 – 30, 117] было показано, чтообъемная доля δ – феррита около 8% недостаточно велика, чтобы существенноизменить механические свойства стали.512.1.3 Выбор температуры испытанийОбычно горячая формовка низкоуглеродистой мартенситной сталипроводится при температурах 1200°С - 800°С, что соответствует аустенитнойструктуре. Однако стабильная мелкозернистой структура в области температурдеформирования может способствовать повышению пластических свойствстали [73][84].
Одним из способов получения стабильной мелкозернистойструктуры при высоких температурах, является введение твердых включенийили наличие второй фазы. Поэтому испытания в интервале температур фазовыхпревращений представляют особый интерес.Микроструктурный анализ стали показал, что при нагреве со скоростью10°С/мин сталь претерпевает фазовое превращение в интервале температур680°С - 800°С. Однако не только фазовый состав, но и морфологиямикроструктуры оказывают существенное влияние на механические свойствастали.
Изменение микроструктуры и морфологии стали при нагреве показанына Рис. 2.4.На Рис. 2.4 показано, что при температурах ниже 680°С, сталь имеетмартенситную структуру. При нагреве выше 680°С начинается фазовоепревращениемартенситаваустенит,небольшиеаустенитныезерназарождаются на границах пластин и зерен мартенсита. Можно отметить, чтоаустенит при высоких температурах имеет более высокую прочность на разрыв,чем мартенсит, как показано в главе 1. Следовательно, структуру стали приуказанных температурах можно рассматривать, как дисперсно-упрочненную.Однако это предположение применимо до тех пор, пока аустенитные зерна недеформируются.При температурах от 730°С до 800°С, основной фазой является аустенит, аструктура стали может рассматриваться как аустенитная с включениями зеренмартенсита. При температурах выше 800°С существует только аустенитнаяфаза.52100A, %8060ММ+АА+МА4020065020 C - 680 C700680 CM750730 CMT, C800850730 C – 800 CMM800 C-900 CAAAAМартенситныезернасАустенитно –малымивключениямимартенситмартенситнаяаустенитаустенитныхзеренпоструктураграницам зеренРис.
2.4. Морфология и микроструктура стали в зависимости от температуры(при непрерывном нагреве)[118].Таким образом, можно выделить три вида морфологии фаз в зависимостиот температуры:- однофазная с известным размером зерна (мартенсит (<680°C) илиаустенит (> 800°C));- матрица мартенсита, усиленная небольшими твердыми зернамиаустенита (680°C - 730°C);- фаза аустенита с включениями мартенсита (730°С - 800°С)2.1.4 Длительность испытанийФазовый состав зависит не только от температуры, но и от временивыдержки при заданной температуре, так как микроструктура стремится кравновесному состоянию. С увеличением температуры, время, требуемое длядостижения равновесия между фазами, уменьшается.53Для определения времени, необходимого для достижения фазовогоравновесия необходимо знать равновесный фазовый состав и фазовый составпри непрерывном нагреве с заданной скоростью.Одним из методов определения равновесного фазового состава стали, взависимости от температуры, является математическое моделирование спомощью специальных программных комплексов, например Thermo – Calc.
Воснове программы Thermo-Calc заложена модель классической термодинамики,которая имеет дело с системами, находящимися в состоянии равновесия [119].Исходными данными для расчета является химический состав стали.Для изучения фазового состава при непрерывном нагреве со скоростью10°/мин использовался дилатометрический метод. Определения фазовой долипо дилатометрическим кривым проводилось по правилу рычага, как описано вглаве 1.
Сравнение результатов расчета количества аустенитной фазы взависимости от температуры по дилатометрическим кривым и по диаграммеThermo-Calc показано на Рис. 2.5.100 A, %правило рычагаThermo-Calc806040200500550600650700750800Рис. 2.5. Сравнение результатов определенияаустенитавзависимостиотT, C850количестватемпературыспомощью Thermo-Calc и по правилу рычага.Из Рис. 2.5 видно, что количество аустенита при заданной температуре,посчитанное в программном комплексе Thermo-Calc выше определенного подилатометрическим кривым.
Следовательно, при выдержке при заданной54температуре объемная доля аустенита будет стремиться к равновесной, какпоказано стрелками на Рис. 2.5. Однако температуры фазовых превращений,определенные экспериментальным и теоретическим методами близки, Таблица2.1.Таблица 2.1Экспериментальные и теоретические температуры фазовых переходов.Ac1теорAc3эксп.теорMsэксп.теорMfэксп.теорэксп.655 C 680°C 755 C 810°C 240 C 210°C 105 C 100°CРасчет времени, которое необходимо для достижения устойчивогосостояния между фазами при заданной температуре проводили двумяспособами: методом дифракционной рентгенографии и дилатометрическимметодом. Метод дифракционной рентгенографии показывает эволюциюобъемной доли аустенита при заданной температуре.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
