научная статья по теме ВЛИЯНИЕ СЖАТИЯ ПРИ КОМНАТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ НА ИЗМЕНЕНИE МИКРОСТРУКТУРЫ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА, ПОДВЕРГНУТОГО ГОРЯЧЕЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ Физика

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ СЖАТИЯ ПРИ КОМНАТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ НА ИЗМЕНЕНИE МИКРОСТРУКТУРЫ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА, ПОДВЕРГНУТОГО ГОРЯЧЕЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ»

ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, 2014, том 115, № 7, с. 716-726

СТРУКТУРА, ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ И ДИФФУЗИЯ

УДК 669.131.7:539.89

ВЛИЯНИЕ СЖАТИЯ ПРИ КОМНАТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ НА ИЗМЕНЕНА МИКРОСТРУКТУРЫ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА, ПОДВЕРГНУТОГО ГОРЯЧЕЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ

© 2014 г. А. С. Чаус

Материало-технологический факультет Словацкого технического университета, Паулинска 16, 917 24 Трнава, Словакия e-mail: alexander.chaus@stuba.sk Поступила в редакцию 12.03.2013 г.; в окончательном варианте — 12.09.2013 г.

Изучено изменение микроструктуры высокопрочного чугуна, подвергнутого горячей пластической деформации, после разрушения образцов в результате сжатия (осадки) при комнатной температуре. Показано, что возникающие при сжатии касательные напряжения вызывают в испытываемых образцах деформацию сдвига, которая заканчивается разрушением путем среза, происходящего под углом 40—50 град к продольной оси образца. Установлено, что разрушение сопровождается образованием узкой зоны сильной пластической деформации чугуна по обеим сторонам магистральной трещины, в которой происходит существенное изменение исходной микроструктуры, обусловленное вязким течением матрицы и графитных включений.

Ключевые слова: деформированный высокопрочный чугун, испытание на сжатие (на осадку), микроструктурные превращения, матрица, графит.

DOI: 10.7868/S0015323014040044

ВВЕДЕНИЕ

В последнее время все большее внимание уделяется вопросам улучшения структуры и свойств высокопрочного чугуна за счет использования различных технологий обработки металлов давлением, включая как горячее, так и холодное пластическое деформирование. В частности, было исследовано влияние пластической деформации на структуру и свойства высокопрочного чугуна при сжатии с различными скоростями в условиях свободного осаживания [1—3] и в обойме [4—6], а также при прокатке [7—9] и выдавливании [10—12]. В некоторых работах можно найти данные, посвященные комплексному исследованию процессов ковки, прокатки и прессования труб из высокопрочного чугуна [13], прокатки и ковки [14], осадки (ковки) и штамповки заготовок [15] и, наконец, выдавливания, ковки, прокатки и вытяжки [16, 17].

В вышеприведенных работах показано, что в результате пластической деформации в высокопрочном чугуне формируется специфическая микроструктура, сильно отличающаяся от литой. Например, наша работа [12] посвящена исследованию закономерностей изменения исходной литой структуры высокопрочного чугуна с шаровидным графитом под воздействием горячей пластической деформации на субмикроскопическом

уровне, подобного рода исследования в мировой литературе практически отсутствуют. Однако, что касается закономерностей пластической деформации высокопрочного чугуна в условиях сжатия (осадки) при комнатной температуре и, в первую очередь, особенностей пластического течения графитных включений, то они также остаются до настоящего времени мало описанными. Исходя

1

из вышеизложенного, в настоящей работе изучены изменения микроструктуры предварительно подвергнутого горячему пластическому деформированию высокопрочного чугуна, обусловленные его деформационным поведением в области локализованной пластической деформации при разрушении в результате сжатия (осадки) при комнатной температуре.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Методика получения цилиндрических отливок диаметром 60 мм и длиной 300 мм из высокопрочного чугуна, химический состав которого указан в

1 В работе принимали участие кандидаты технических наук Ярослав Сойка (Jaroslav Sojka) и Артур Покровский. Автор выражает благодарность доценту Любомиру Чапловичу (L'ubomir CaploviC) за проведение микрорентгеноспек-трального анализа.

Химический состав исследуемого высокопрочного чугуна, мас. %

Fe C Si Mn Cr Ni Mg P S

Основа 3.52 1.98 0.61 0.14 0.35 0.042 0.068 0.011

таблице, а также технологические параметры горячего пластического деформирования литых заготовок по схеме горячего гидродинамического выдавливания, разработанного в Физико-техническом институте Национальной академии наук Беларуси [18], описаны в работе [12]. Заготовки деформировали с различной фиксированной степенью деформации s = 20, 60 и 80%. При этом выдавленный пруток имел при всех степенях деформации одинаковый диаметр, составляющий 12.5 мм, а степень деформации регулировали изменением диаметра исходной литой заготовки.

Микроструктуру чугуна изучали с помощью светового микроскопа NEOPHOT-22 и растрового электронного микроскопа JEOL JSM-7600F, оборудованного приставкой Oxford Instruments для мик-рорентгеноспектрального анализа. Образцы для металлографических исследований подготавливали по стандартной методике. После шлифования и полировки образцы протравливали в 3% нитале.

Испытание на сжатие (на осадку) проводили по ГОСТ 8817-82 "Металлы. Метод испытания на осадку" на испытательной машине модели ZD-15 (Германия) с максимальным усилием сжатия 15 тонн при комнатной температуре. Скорость сжатия составляла 5 мм в минуту. Для осадки использовали цилиндрические образцы диаметром 5 мм и высотой 9 мм, которые были вырезаны из деформированных заготовок в продольном и поперечном направлениях по отношению к направлению действия деформирующей силы при горячем гидродинамическом выдавливании в соответствии со схемой, представленной на рис. 1. Строгая параллельность торцевых поверхностей образцов достигалась путем предварительного шлифования на шлифовальном станке. Перед испытаниями образцы тщательно обезжиривались. Для лучшей центровки образцов, а также с целью обеспечения одноосного сжатия, между верхней опорой испытательной установки и поверхностью образцов использовали специальное приспособление в виде опоры с шаровой поверхностью.

выдавливания с различной фиксированной степенью деформации е = 20, 60 и 80%, в поперечном и продольном по отношению к направлению действия деформирующей силы сечениях экспериментальных образцов была тщательно изучена в предыдущей нашей работе [12]. В частности, было показано, что при горячем гидродинамическом выдавливании литых заготовок в поверхностном слое графитных включений под воздействием создаваемого напряжения имело место пластическое течение графита в направлении деформирования, обусловленное специфической литой микроструктурой, а именно, наличием в шаровидном графите поверхностной зоны чрезвычайно дисперсных субмикрокристаллов и прилегающей к ней центральной зоны более крупных, удлиненных кристаллитов. В результате графитные включения деформировались и вытягивались вдоль направления течения чугуна, приобретая своеобразную морфологию, изменяющуюся по мере увеличения степени деформации от овальной (линзовидной) до веретенообразной и, наконец, нитевидной. Деформация же графитных сферолитов в поперечном направлении сопровождалась нарушением правиль-

(a)

F

F

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Микроструктура высокопрочного чугуна, подвергнутого горячему пластическому деформированию по схеме горячего гидродинамического

Рис. 1. Схема вырезки экспериментальных образцов из деформированных заготовок в продольном (а) и поперечном (б) направлениях по отношению к направлению действия деформирующей силы при горячем гидродинамическом выдавливании.

ности их округлой формы в сечении и появлением боковых выступов и отростков [12]. Естественно, что данную микроструктуру можно рассматривать как исходную перед осуществлением испытаний деформированных образцов на сжатие (на осадку).

При проведении испытаний на осадку установлено, что касательные напряжения, действующие под углом 45°, вызывают в испытываемых образцах деформацию сдвига, которая заканчивается разрушением путем среза, возникающего, как это показано на рис. 2а, под углом 40—50 град к оси образца. На примере образца чугуна, который был подвергнут горячей пластической деформации со степенью е = 80% и осадке в соответствии со схемой нагружения, указанной на рис. 1а, видно, что разрушение в результате среза, вызвав-

Рис. 3. Микроструктура (б) деформированного высокопрочного чугуна в районе магистральной трещины на торцевой поверхности разрушенного образца (схема нагружения образца в соответствии с рис. 1а).

шее разделение образца на две половины, сопровождается образованием узкой зоны локальной пластической деформации по обеим сторонам магистральной трещины на торцевой поверхности данного образца (рис. 3). Из рис. 3 следует, что ширина зоны пластически деформированного при осадке металла, границы которой могут быть определены на нетравленом образце по морфологии графитных включений, не превышает 1 мм. В данной зоне находятся развернутые вследствие пластического течения чугуна графитные включения, в результате чего уже в данной плоскости можно видеть их вытянутую форму, в то время как вне этой зоны графитные включения сохранили первоначальную округлую форму, характерную для поперечного сечения (по отношению к направлению действия деформирующей силы) образцов, подвергнутых горячей пластической деформации [12]. Схематическое изображение изменения ориентации графитных частиц вдоль поверхности излома в образце, разрушенном при осадке в соответствии со схемой нагружения на рис. 1а, приведено на рис. 2б.

Изменения микроструктуры чугуна в зоне наибольших пластических деформаций в исследованных образцах, подвергнутых осадке в соответствии со схемой нагружения, указанной на рис. 1а, проиллюстрированы на рис. 4—8. Из рис. 4 видно, что в случае образца, подвергнутого предварительной горячей пластической деформации со степенью е= 20%, в зоне распространения магистральной трещины имело место ярко выраженное пластическое течение перлитно-ферритной матрицы, приведшее к образованию на поверхности излома характерных языков чугуна с очень высокой степенью пластической деформации (рис. 4в). В непосредственной близости от излома произошла

Рис. 4. Общий вид (а) и увеличенное изображение (б, в) микроструктуры высокопрочного чугуна, подвергнутого деформации со степенью 20%, у поверхности излома после разрушения образца в результате сжатия при осадке (схема нагружения образца в соответствии с рис. 1а).

видимая деформация и графитных вклю

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.

Показать целиком