ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, 2004, том 98, № 4, с. 83-87
_ СТРУКТУРА, ФАЗОВЫЕ _
ПРЕВРАЩЕНИЯ И ДИФФУЗИЯ
УДК 669.15'782:539.89:539.24'26
СТРУКТУРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХ ПРИ КОМБИНИРОВАННОЙ ДЕФОРМАЦИИ (КРУЧЕНИЕ + ПРОКАТКА) И РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИОННОМ ОТЖИГЕ
© 2004 г. В. В. Губернаторов, Л. Р. Владимиров, Т. С. Сычева, В. П. Пилюгин, Б. К. Соколов, А. Н. Мартемьянов, В. С. Матвеева
Институт физики металлов УрО РАН, 620219 Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18
Поступила в редакцию 23.06.2003 г.; в окончательном варианте - 23.04.2004 г.
Исследовано влияние предварительной деформации кручением на формирование структуры в сплаве Бе-3 мас. % и армко-железе при последующих холодной прокатке и отжиге.
В работах [1-5] предложен и развивается новый метод управления структурой металлических материалов. Его суть заключается в том, что металлы и сплавы на последних стадиях передела подвергают комбинированной деформации - материал последовательно без промежуточного отжига деформируют различными способами.
К настоящему времени установлено, что структура, особенно кристаллографическая текстура, сплава Бе-3% (широко применяется как анизотропная электротехническая сталь - АЭС) после комбинированной деформации (растяжение + прокатка [1], изгиб + прокатка [2], осадка + прокатка [3, 4], прокатка в калиброванных валках + прокатка на гладкой бочке [5]) и последующего отжига заметно отличается от структуры сплава, деформированного лишь одной прокаткой. Так, обработка АЭС по схеме: горячекатаная обезуг-лероженная лента толщиной 2.5 мм —► комбинированная деформация (растяжение 20% + холодная прокатка до толщины 0.3 мм) —► отжиг при 1050°С для вторичной рекристаллизации повышает остроту ребровой текстуры {110} (001) по сравнению с текстурой стали, деформированной только одной прокаткой (на что указывает повышение магнитной индукции В2500 с 1.91 до 1.94 Тл). Влияние комбинированной деформации на конечную структуру сплава обусловлено тем, что предварительная деформация разными способами создает различное структурное состояние его перед последующей прокаткой.
В данной работе изучено влияние комбинированной деформации свободное кручение + прокатка на структуру деформированных и рекрис-таллизованных металлических материалов.
МАТЕРИАЛ, ОБРАБОТКА, МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследование проведено на АЭС и армко-же-лезе, имеющих объемно-центрированную кубическую решетку.
Из горячекатаной ленты АЭС толщиной 2.5 мм, прошедшей обезуглероживающий отжиг (720°С, выдержка 24 ч, атмосфера - воздух), вырезали квадратные 2.5 х 2.5 мм прутки длиной 150 мм в направлении горячей прокатки. Выбор формы образцов определялся тем, что квадратное сечение позволяет сохранить оба поверхностных слоя горячекатаной ленты ("рабочие" поверхности), которые задают структуру АЭС при отжиге для вторичной рекристаллизации - ребровую текстуру и крупное сквозное зерно. При этом структуру готовой АЭС, как правило, определяет одна "рабочая" поверхность [6], что и было учтено в эксперименте.
Прутки подвергали свободному кручению (без принудительного растяжения или сжатия) на токарном станке с подвижной задней бабкой до начала разрушения. Образцы с рабочей частью 100 мм выдержали 10 оборотов, на 11-ом обороте начиналось разрушение. Затем крученые и контрольные (без кручения) образцы были вхолодную прокатаны на лабораторном прокатном стане "Кварто 100" с диаметром рабочих валков 40 мм вдоль оси на ленту толщиной 0.3 мм. При прокатке крученые образцы задавали в валки так, чтобы "рабочая" поверхность некрученого конца образца совпадала с плоскостью прокатки, а контрольные образцы - с совпадением "рабочей" поверхности с плоскостью прокатки, а также перпендикулярно ей.
Далее образцы подвергали обычному и градиентному отжигам. Режим обычного отжига: 1050°С, выдержка 1 ч в вакууме ~10-3 мм рт. ст. (скорость нагрева до 800°С произвольная, с 800 до 1050°С-
83
6*
(а)
90°
(б) 180°
270°
Длина образца
360°
Рис. 1. Вид квадратного прутка (а) и повороты его поперечных сечений (б) при деформации кручением. Штриховкой отмечена "рабочая" поверхность.
0
40°С/ч). Режим градиентного отжига: градиент по длине печи 35°С/см, посадка в печь с максимальной температурой 1050°С, выдержка 1 ч. Градиентный отжиг проводили с целью определения мест начала вторичной рекристаллизации.
В связи с тем, что деформация в крученом квадратном прутке неоднородна, текстурные преобразования при деформации и первичной рекристаллизации изучали на цилиндрических образцах из армко-железа с рабочей частью диаметром 9 мм и длиной 100 мм. Из деформированных кручением на 6 оборотов (на 7-м обороте образцы начинали разрушаться) и контрольных образцов изготовляли трубки с толщиной стенки 1 мм, раскрывали их и полученные листы прокатывали вдоль и поперек оси исходного образца до толщины 0.3 мм. После прокатки следовал отжиг для первичной рекристаллизации при 800°С с выдержкой 0.5 ч в вакууме ~10-3 мм рт. ст. (посадка образцов в нагретую печь).
Текстурный анализ проводили с помощью стандартного рентгеновского дифракционного метода. Относительную интенсивность отражения рентгеновских лучей (Мо-^и) от кристаллографических плоскостей {200}, {211}, {220}, {310}, {222}, {321}, {420}, {332} определяли на дифрактометре ДРОН-3М и по ней строили обратные полюсные фигуры [7]. Ориентировку крупных зерен вторичной рекристаллизации определяли металлографически по фигурам, полученным травлением химически полированных образцов в растворе 70% Н2О + 30% Н2О2 + несколько капель соляной кислоты. Химическую полировку образцов проводили в растворе 90% Н2О2 + 10% Н3РО4.
Макроструктуру образцов выявляли травлением в кипящем 30% водном растворе концентрированной соляной кислоты.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Формоизменение при деформации. По внешнему виду квадратного прутка после кручения и после кручения + прокатки можно отметить следующее.
1. Квадратный пруток при кручении превращается в винт с чередованием гребней и канавок, которые составляют угол ф с осью прутка; причем чем больше число оборотов, тем больше угол отклонения (при 10 оборотах ф ~ 60°, рис. 1а). Следовательно, при кручении текстурованного образца ось исходной текстуры поверхностных слоев отклоняется от оси образца.
2. При кручении поверхностные слои образца испытывают растяжение вдоль гребней и канавок, причем на гребнях они растягиваются сильнее, чем в канавках. Измерение длины образующей гребня и канавки показало, что при 10 оборотах поверхностный слой канавок растягивается на 18%, а гребней - на 25%. Поэтому в поверхностном слое крученых образцов присутствует текстура растяжения, аналогичная текстуре волочения (для ОЦК-металлов - аксиальная (110)), ось которой отклонена от оси образца на угол ф.
3. Поперечные сечения, близкие по форме к квадрату, по длине крученого образца поворачиваются относительно друг друга вокруг оси образца, что приводит к изменению положения "рабочей" поверхности относительно плоскости прокатки (рис. 16).
4. Ширина ленты, полученной прокаткой крученого прутка, периодически меняется (рис. 2, 3а), что обусловлено периодическим изменением исходной (до прокатки) толщины и ширины образца. Согласно рис. 16, максимальная ширина ленты будет при совпадении диагонали квадрата с плоскостью прокатки, а минимальная - при совпаде-
Температура
Рис. 3. Макроструктура АЭС после градиентного отжига. Предшествующая деформация:
а - кручение + прокатка; б, в - прокатка ("рабочая" поверхность совпадает и перпендикулярна плоскости прокатки, соответственно). Стрелками указаны центры вторичной рекристаллизации; х4.
нии с плоскостью прокатки стороны квадрата. Также меняется и степень деформации при прокатке: в первом случае она будет максимальной, а во втором - минимальной. Так, при прокатке закрученного на 10 оборотов квадратного 2.5 х 2.5 мм прутка с диагональю 3.54 мм в ленту толщиной 0.3 мм узкие участки имеют степень деформации ~88% (2.5 мм —»- 0.3 мм), а широкие ~92% (3.54 мм —- 0.3 мм). При этом по длине ленты меняется положение "рабочей" поверхности. В узких участках происходит чередование ее положения -она то совпадает с плоскостью прокатки, то перпендикулярна ей.
Таким образом, кручение изменяет не только форму квадратного прутка, но и его структуру: отклоняет ось исходной кристаллографической текстуры от оси образца, создает текстуру растяжения в поверхностном слое, изменяет положение "рабочей" поверхности. Все это должно оказывать влияние на формирование структуры деформации и рекристаллизации при последующих прокатке и отжиге.
Структурообразование при нагреве деформированных образцов. 1. На рис. 2 показана макроструктура АЭС после кручения + прокатки и
обычного отжига при 1050°С. Видно, что в материале прошла вторичная рекристаллизация с образованием крупных сквозных зерен. Обращает на себя внимание то, что межзеренные границы располагаются преимущественно поперек ленты в широких ее участках.
Градиентный отжиг показал: вторичная рекристаллизация начинается в узких участках ленты (рис. 3 а) при температуре более низкой, чем в контрольных образцах (рис. 36, 3в); образование центров вторичной рекристаллизации происходит именно на "рабочей" поверхности, даже когда она перпендикулярна плоскости прокатки (рис. 3в).
Формирование зеренной структуры при отжиге для вторичной рекристаллизации можно представить следующим образом. Зерна вторичной рекристаллизации возникают при более низкой температуре в узких участках ленты. При повышении температуры отжига они растут до столкновения друг с другом, что обычно происходит в широких участках. Такое протекание вторичной рекристаллизации обусловлено особенностями роста первично рекристаллизованных зерен при медленном нагреве: при собирательной рекристаллизации быстрее растет более мелкое зерно и
{111} 2.15
1.34 {100}
098 1 91 {110}{100}
2.40
{110}
Рис. 4. Текстура первичной рекристаллизации деформированных образцов армко-железа: а - кручение + прокатка; б - прокатка.
к началу вторичной рекристаллизации мелкое зерно матрицы вырастает до больших размеров, чем крупное зерн
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.