4.3 Влияние температуры, обжатия, скорости деформирования и междеформационной паузы на сопротивление деформации и микроструктуру стали а1

С использованием выше изложенной методики проведено исследование влияние температуры, обжатия, скорости деформирования и междеформационной паузы на сопротивление деформации стали А1. Известно [106, с. 47 – 129], что скоростной эффект при высокой температуре определяется скоростью протекания таких процессов как упрочнение и разупрочнения. Возрастанию скорости деформирования соответствует более упрочненное состояние, так как уменьшается вероятность частичного разупрочнения металла при пластической деформации.

Имеющиеся в различных монографиях данные о скоростной зависимости сопротивления деформации сталей во многих случаях противоречивы [12, с. 61 – 64] и не всегда позволяет определенно судить о влияние этого фактора на сопротивление деформации. В большинстве исследований отмечается возрастание величин сопротивления деформации с увеличением скорости деформирования.

Необходимо отметить, что при проведенных нами экспериментах с увеличением скорости деформирования в циклических обжатиях величина сопротивления деформации по величине уменьшалась.

В таблице 4.2 показаны изменения температуры, а на рисунках 4.1 – 4.6 - законы изменения сопротивления деформации σ в зависимости от циклического деформирования с различными обжатиями ε и скоростями деформирования.

Из этих рисунков видно, что при скоростях деформирования от 1,5 до 5 м/с во всем температурном диапазоне величина сопротивления деформации уменьшается.

Из анализа и сопоставления кривых упрочнения стали А1 следует, что сопротивление деформации стали А1 при температурах 900, 1000 и 1100°С для всех исследованных значений скорости деформации уменьшаются от нагружения к нагружению. По нашему мнению здесь существенное влияние на кривые сопротивления деформации оказывает динамическое и статическое разупрочнение и тепловой эффект деформации.

Таблица 4.2 – Температурные условия физического моделирования

№ вар.	Температура образца после прокатки в клети № (0С)
	1	2	3	4	5
1	900	895	890	885	880
2	900	894	888	882	876
3	900	897	894	891	888
4	900	895	890	885	880
5	900	894	888	882	876
6	900	897	894	891	888
7	1000	995	990	985	980
8	1000	994	988	982	976
9	1000	997	994	991	988
10	1000	995	990	985	980
11	1000	994	988	982	976
12	1000	997	994	991	988
13	1100	1095	1090	1085	1080
14	1100	1094	1088	1082	1076
15	1100	1097	1094	1091	1082
16	1100	1095	1090	1085	1080
17	1100	1094	1088	1082	1076
18	1100	1097	1094	1091	1082

С увеличением скорости деформирования характер кривых упрочнения меняется. При малых скоростях деформирования идет монотонное упрочнение металла с увеличением сопротивления деформации в конце процесса обжатия образца. При этом увеличение скорости обжатия образца в каждом последовательном цикле также приводит к увеличению величин сопротивления деформации.

а) б)

в)

а – №1 вариант, 900 ^оС; б – №7 вариант, 1000 ^оС; в – №13 вариант, 1100 ^оС

Рисунок 4.1 – Изменение сопротивления деформации при физическом

моделировании прокатки на ПКС по вариантам №1, №7 и №13

а) б)

в)

а – №2 вариант, 900^оС; б – №8 вариант, 1000^оС; в – №14 вариант, 1100^оС

Рисунок 4.2 – Изменение сопротивления деформации при физическом

моделировании прокатки на ПКС по вариантам №2, №8 и №14

а) б)

)

а – №3 вариант, 900^оС; б – №9 вариант, 1000^оС; в – №15 вариант, 1100^оС

Рисунок 4.3 – Изменение сопротивления деформации при физическом

моделировании прокатки на ПКС по вариантам №3, №9 и №15

а) б)

)

а – №4 вариант, 900^оС; б – №10 вариант, 1000^оС; в – №16 вариант, 1100^оС

Рисунок 4.4 – Изменение сопротивления деформации при физическом

моделировании прокатки на ПКС по вариантам №4, №10 и №16

а) б)

в)

а – №5 вариант, 900^оС; б – №11 вариант, 1000^оС; в – №17 вариант, 1100^оС

Рисунок 4.5 – Изменение сопротивления деформации при физическом

моделировании прокатки на ПКС по вариантам №5, №11 и №17

а) б)

в)

а – №6 вариант, 900^оС; б – №12 вариант, 1000^оС; в – №18 вариант, 1100^оС

Рисунок 4.6 – Изменение сопротивления деформации при физическом

моделировании прокатки на ПКС по вариантам №6, №12 и №18

Однако, при переходе от одного цикла осадки к другому циклу осадки максимальные значения сопротивления деформации уменьшаются. Наличие такой особенности реологического поведения исследуемой стали можно объяснить протеканием динамической и статической рекристаллизации во время осадки и междеформационных паузах.

Необходимо отметить, что увеличение единичного обжатия в начальных циклах деформирования приводит к интенсивному упрочнению структуры стали с возможным интенсивным разупрочнением металла в последующих циклах деформирования.

Если сопоставить максимальные значения сопротивления деформации образцов, осаженных при различных температурах, то можно увидить, что результаты опытов свидетельствуют о существенном влиянии температуры. При повышении температуры уменьшается величина сопротивления деформации. При этом с повышением температуры увеличивается величина зависимости , т.е. увеличивается величина разности сопротивлений деформации в первом и пятом циклах деформирования. Все это свидетельствует о прохождения динамической и статической рекристаллизации при повышенных температурах.

Анализ кривых упрочнения и разупрочнения стали А1 показывает, что наиболее интенсивно развивается разупрочнение в течение первых 0,5 с, далее разупрочнение протекает монотонно и медленно. С повышением температуры испытания при прочих неизменных параметрах остаточное упрочнение уменьшается, так как процессы возврата и рекристаллизации успевают пройти более полно.

На рисунках 4.7 – 4.12 показана микроструктура образцов из стали А1, полученных при разных вариантах температурно-деформационной прокатки тонких листов на продольно-клиновом стане.

Исследование исходной структуры стали А1 показало, что в структуре образца находятся сравнительно крупные зерна со средним размером 135 мкм. Зерна распределены достаточно равномерно, при этом они вытянуты вдоль оси симметрии образца.

В микроструктуре образцов деформированных и охлажденных по вариантам №1, 2, 7, 8 и 13, 14 (таблица 4.1) произошли значительные изменения (рисунки 4.7 и 4.8). Так структура образцов деформированных и охлажденных по вариантам №1 и 2 имеют грубопластинчатый перлит с межпластичатым расстоянием n = 0,32 – 0,62 мкм и размерами колонии 53 – 78 мкм, а также полосчатый феррит размером 38 – 91 мкм и избыточный цементит баллом 2 – 3 (рисунки 4.7,а и 4.8,а).

Наличие крупных зерен при осадке и охлаждении по вариантам №1 и 2 можно объяснить градиентом наклепа аустенитных и ферритных зерен по всему сечению полосы при пониженной температуре деформации (таблица 4.2). При медленном охлаждении рекристаллизация в условиях такой градации наклепа вызывает усиленный рост зерен по сечению образца.

а) б)

в)

Рисунок 4.7 – Микроструктура стали А1, осаженной по варианту №1 (а),

№7 (б) и №13 (в)

а) б)

в)

Рисунок 4.8 – Микроструктура стали А1, прокатанной по варианту №2 (а),

№8 (б) и №14 (в)

а) б)

в)

Рисунок 4.9 – Микроструктура стали А1, прокатанной по варианту №3 (а),

№9 (б) и №15 (в) х500

а) б) в)

Рисунок 4.10 – Микроструктура стали А1, прокатанной по варианту №4 (а),

№10 (б) и №16 (в) х500

а) б)

в)

Рисунок 4.11 – Микроструктура стали А1, прокатанной по варианту №5 (а),

№11 (б) и №17 (в) х500

а) б)

в)

Рисунок 4.12 – Микроструктура стали А1, прокатанной по варианту №6 (а),

№12 (б) и №18 (в) х500

Осадка и охлаждение образцов по вариантам №7 и 8 приводит к формированию структуры пластинчатого перлита с межпластинчатым расстоянием n = =0,48 – 0,64 мкм и размерами колонии 38 – 52 мкм. Структура состоит из среднего феррита, размерами 28 – 62 мкм, и избыточного цементита 2 – 3 балла (рисунки 4.7,б и 4.8,б).

Формирование сравнительно среднезернистой структуры при осадке и охлаждении образцов по вариантам №7 и 8 можно пояснить прохождением первичной рекристаллизаци в аустенитной матрице и наследованием среднезернистой структуры феррит + перлит металлом при медленном охлаждении. Однако величина цементитных выделений соответствует баллам 2 – 3, что является нерациональным.

По микроструктуре, полученной деформацией и охлаждением по вариантам №13 и 14, видно, что в зернах присуствуют субзерна (рисунки 47,в и 4.8,в). Кроме того, в микроструктуре имеются большие вытянутые зерна с развитой субструктурой внутри, что свидетельствует о прохождение динамической и статической рекристаллизации в ходе деформации и междеформационных паузах. Следует отметить, что доля этих зерен меньше, чем равнооосных.

Таким образом, образцы, осаженные и охлажденные по варианту №13 и 14, имеют структуру крупного феррита с размерами 66 – 104 мкм, толстопластинчатого перлита, состоящего из чередующихся пластин феррита и цементита, со средним межпластинчатым расстоянием n = 0,67 – 0,83 мкм. Размер колоний грубопластинчатого перлита достигает 71 – 102 мкм (рисунки 4.7, в и 4.8, в), при этом размеры избыточного цементита соотвествуют 2 – 4 баллу.

Образование крупнозернистой структуры при осадке и охлаждении по варианту №13 и 14 можно объяснить созданием условий для прохождения полной первичной рекристаллизации в деформированной аустенитной матрице при высокотемпературной осадке, а также увеличением размеров аустенитных зерен при высокой температуре. Известно, что чем больше размер исходного аустенитного зерна, тем крупнее наследуемая структура феррит + перлит.

Изучая микроструктуру образцов, деформированных по вариантам №3 и 4 при температуре 900 ^оС, можно сделать заключение, что по всему сечению образца в основном присуствует сравнительно крупнозернистая структура (рисунки 4.9,а и 4.10,а). Деформирование по вариантам №3, №4 и охлаждение на воздухе и в воде приводит к формированию толстопластинчатого перлита с межпластинчатым расстоянием n = 0,53 – 0,91 мкм и размерами колонии 62 – 113 мкм. При температурах окончания ускоренного охлаждения по границам зерен феррита образуются мелкие выделения цементита (балл 2 – 3). По высоте образца зерна феррита имеют неправильную форму с плохо очерченными границами и различными размерами (28 – 94 мкм).

Наличие крупных зерен при осадке и охлаждении по вариантам 3 и 4 можно объяснить градиентом наклепа аустенитных и ферритных зерен по всему сечению полосы при пониженной температуре деформации (таблица 4.2). При дальнейшем охлаждении статическая рекристаллизация в условиях такой градации наклепа вызывает усиленный рост некоторых зерен по сечению образца.

Из анализа микроструктуры стали А1 можно сделать вывод, что равномерная мелкозернистая по толщине образцов структура получается при деформировании и охлаждении по вариантам №9 и 10 (рисунки 4.9,б и 4.10,б). Из анализируемых структур следует, что образцы, прокатанные и охлажденные по вариантам №9 и 10, имеют структуру феррит + перлит с размером зерна 12 – 24 мкм. Ускоренное охлаждение образца в температурном интервале интенсивного выделения цементита способствует образованию очень мелких выделений цементита (балл 1 – 2) (рисунки 4.9,б и 4.10,б).

Размеры зерен, деформированных по вариантам №15 и 16 при температуре 1100^оС, выросли (рисунки 4.9,в и 4.10,в) по сравнению с размерами зерен деформированных при температуре 1000 ^оС и охлажденных по вариантам №9 и 10. По нашему мнению, все это связано с прохождением полной первичной рекристаллизации в аустенитной матрице, а также увеличением размеров аустенитных зерен при высокой температуре. При деформировании и охлаждении по данным вариантам по сечению образцов образуется крупнозернистая структура феррит + перлит с размером зерна 83 – 117 мкм. Анализ структуры показывает, что после охлаждения наблюдается сфероидизация перлита, феррита и избыточного цементита. При этом размер выделенного цементита равняется 2-3 баллам (рисунки 4.9,в и 4.10,в).

Исследование структуры стали А1, деформированной и охлажденнной по вариантам №5 и 6 показало, что снижение температуры осадки в последних этапах дробного деформирования до температуры 870 – 880 ^оС, а также последующее быстрое охлаждение на воздухе и долгое охлаждение в воде или охлаждение только в воде приводит к образованию пластинчатого перлита с межпластинчатым расстоянием n = 0,21 – 0,52 мкм и различными размерами колонии 29 – 72 мкм. Кроме того, происходит уменьшение размеров цементита (балл 1 – 2) и формируется феррит неправильной формы с плохо очерченными границами, а также с различными размерами (26 – 92 мкм) (рисунки 4.11,а, и 4.12,а).

Анализ микроструктуры стали А1 показывает, что равномерная мелкозернистая структура по сечению образца получается при использовании вариантов №11, 12, 17 и 18. Из анализируемых структур следует, что образцы, деформированные и охлажденные по вариантам №11, 12, 17 и 18, имеют структуру феррит + перлит с размером зерна 21 – 43 мкм. При этом образуются мелкие выделения цементита (балл 2 – 3) (рисунки 4.11,б, 4.12,б, 4.11,в и 4.12,в).

Однако, по нашему мнению, при деформировании и охлаждении по вариантам №11, 12, 17 и 18 образуется метастабильная структура тонкопластинчатого перлита, которая обладает повышенными уровнями прочности и твердости. Известно, повышенная прочность и твердость снижает обрабатываемость стали А1.